Per decenni, il Big Bang è stato la pietra angolare della cosmologia moderna: un momento in cui l’universo è esploso da un punto infinitamente denso all’esistenza. Ma cosa è accaduto prima di quel momento? Una volta la domanda sembrava priva di significato, ma recenti scoperte nella relatività numerica – un approccio computazionale per risolvere le notoriamente complesse equazioni di Einstein – stanno rivelando che la storia più antica dell’universo potrebbe essere molto più strana di quanto si immaginasse in precedenza. Gli scienziati stanno ora intravedendo il potenziale di universi preesistenti, realtà in collisione e persino la possibilità che il Big Bang non sia stato un inizio, ma una transizione.
Riavvolgere il cosmo: la svolta della relatività numerica
La sfida principale risiede nel fatto che le equazioni che descrivono la gravità si interrompono a densità estreme. I fisici tentano da tempo di aggirare questo problema utilizzando approssimazioni, inserendo le condizioni nei supercomputer e consentendo loro di eseguire simulazioni. Non si tratta di trovare soluzioni esatte; si tratta di estrarre informazioni significative da stime approssimative. Come spiega Eugene Lim del King’s College di Londra, questo campo sta ora scoprendo risposte a domande una volta considerate senza risposta.
La potenza di questo approccio è emersa dall’astronomia delle onde gravitazionali. Dopo decenni di teoria, nel 2016 gli scienziati hanno finalmente osservato le increspature nello spaziotempo. Questo successo ha incoraggiato i ricercatori ad applicare le stesse tecniche al problema molto più difficile dell’universo primordiale, costruendo modelli a livello di “morte nera” per simulare le condizioni vicine al Big Bang.
L’enigma inflazionistico e il caso degli universi rimbalzanti
Una delle principali teorie su ciò che accadde prima della fase calda e densa dell’universo primordiale è l’inflazione : un periodo di espansione esponenziale che appianò le irregolarità iniziali. Tuttavia, l’inflazione si basa su un campo ipotetico – l’”inflaton” – con proprietà poco conosciute. Le simulazioni stanno ora rivelando che alcune configurazioni di questo campo hanno maggiori probabilità di produrre inflazione rispetto ad altre, creando tensione con le osservazioni del fondo cosmico a microonde (CMB).
Questa incertezza ha aperto la porta a modelli alternativi, inclusa l’ipotesi dell’universo rimbalzante. Invece di esplodere da una singolarità, l’universo potrebbe essersi contratto da uno stato precedente prima di rimbalzare. La relatività numerica supporta questa idea, dimostrando che la contrazione può appianare le irregolarità con la stessa efficacia dell’inflazione, e potenzialmente evitare del tutto la problematica singolarità. Dati recenti suggeriscono addirittura che l’espansione dell’universo sta rallentando, rendendo più plausibile una futura contrazione.
Prove di universi in collisione?
Forse l’implicazione più radicale di queste simulazioni è la possibilità che il nostro universo non sia solo. Se l’inflazione avesse creato “bolle” di spazio ad espansione più lenta, quelle bolle avrebbero potuto formarsi abbastanza vicine da entrare in collisione. I modelli suggeriscono che tali collisioni lascerebbero cicatrici rilevabili nella CMB. Sebbene le prime ricerche su queste impronte abbiano prodotto risultati inconcludenti, i ricercatori stanno perfezionando i loro metodi ed esplorando scenari più realistici.
Vengono addirittura condotti esperimenti nei laboratori per simulare universi in collisione utilizzando fluidi esotici, cercando di convalidare le previsioni teoriche.
Il futuro dell’indagine cosmologica
La relatività numerica non si limita a testare le teorie esistenti; sta anche sondando i fondamenti della fisica teorica. Le forme del campo dell’inflatone necessarie per produrre l’inflazione, ad esempio, si scontrano con molti modelli della teoria delle stringhe, ma si allineano con variazioni specifiche. Ciò suggerisce che alcuni approcci per unificare la gravità con la meccanica quantistica potrebbero essere più promettenti di altri.
Con una potenza di calcolo più veloce e simulazioni più sofisticate, gli scienziati sono pronti a espandere ulteriormente i confini della conoscenza cosmologica. L’era dell’accettazione cieca del Big Bang come inizio assoluto potrebbe volgere al termine. Stiamo entrando in una fase in cui le origini dell’universo potranno essere testate, messe in discussione e potenzialmente riscritte sulla base dell’incessante ricerca della verità computazionale.
Le simulazioni sono lavori bellissimi, ma ancora incompleti. I modelli non riescono ancora a spiegare completamente l’universo come lo vediamo oggi, ma si stanno avvicinando a rispondere alla più grande domanda della cosmologia: cosa è venuto prima di tutto?
