in questo articolo parliamo di quanto sia importante il contributo dello studio dei fenomeni su scala subatomica sugli eventi attuali e futuri dell’Universo. Non userò formule. Proverò ad essere discorsivo ed arriveremo in poco tempo molto lontano.

Al confine tra meccanica quantistica e cosmologia

Esiste un confine non chiaro tra lo studio delle piccole cose e lo studio delle grandi cose. Ad un certo punto non è chiaro perché il cosmologo parla come un fisico delle particelle ed un fisico delle particelle si integra nei problemi di cosmologia. Si cammina su una sottilissima linea immaginaria che collega il mondo infinitamente piccolo con il mondo dei fenomeni infinitamente grandi. E’ come se il cosmologo nel cercare la quintessenza (filosofica) che risiede oltre le teorie quantistiche e tutti i fenomeni noti e spiegati dalle teorie moderne, torni indietro, si inviluppi. Sarà il diradarsi delle particelle, la causalità dei fenomeni la probabilità che avvengano poi eventi nell’infinitamente piccolo che innescheranno un percorso di sviluppo verso l’infinitamente grande, a dimostrare quindi la non esistenza di un confine e la necessità di una conoscenza del “tutto”.

L’uomo fa ricorso a tutto il suo sapere per sviluppare teorie che migliorino la comprensione di ciò che accade nel vuoto, tra particelle e sub-particelle, per continuare il percorso di crescita della conoscenza delle nostre origini. Da quasi 70 anni, nei più grandi acceleratori, si scontrano protoni ed altre particelle per scoprire cosa accade e decretare, sulla base di eventi statisticamente rilevanti, l’esistenza di contesti che spieghino il perchè ed il come!

Guardando le cose sotto un’altra prospettiva, invece di chiedersi come è nato l’Universo, bisognerebbe provarsi a chiedersi anche come finirà ed è probabile che la risposta alle nostre domande arrivi da li.

Le piccole cose per me invece sono tutt’altro. Mi soffermo sulla domanda primordiale. Come è nata la prima particella.

Teorie sull’evoluzione dell’Universo

Le teorie che parlano in generale dell’Universo sono varie:

-Teoria dell’universo eterno

-Teoria dell’universo finito

-Teoria del Multiverso

-Teoria dell’Universo ciclico

Le teorie che parlano invece di tutto lo sviluppo dell’Universo sono:

-Teorie inflazionarie

-Teorie dell’universo ciclico

Ammessa come vera la teoria del Big Bang, è possibile affermare che l’universo somigli ad una sorta fisarmonica dove i limiti dello spazio e del tempo sono imposti da queste contrazioni ed espansioni e successive compressioni. Il tutto nasce e finisce in una singolarità gravitazionale. Prova a immaginare solo per un momento di far collassare tutta la massa che costituisce l’attuale universo in un unico punto. L’unica cosa che potrà accadere è una grande esplosione. La massima espansione potrebbe coincidere con uno stato di “morte” termica. Ma è proprio cosi? E’ una delle tante ipotesi. Comunque, neanche questo è il focus di questo articolo; andiamo oltre e vediamo dove ci areneremo.

Forme di Universo

Nel modello che assume come vero il Big Bang, il come sarà la fine dipende dalla forma dell’universo e dal gioco che espleterà l’energia oscura in esso presente. I fisici parlano di paramento di densità w o omega. Se consideriamo l’universo chiuso e w>1, possiamo dire che lo stesso avrà forma sferica o ellissoidale. In tale universo manca la spinta repulsiva dell’Energia oscura e l’unica cosa che potrebbe fermare l’espansione è la gravità. La gravità consentirebbe di far collassare tutta la materia in un’unica singolarità. Se invece la quantità di energia oscura è elevata (quanto non lo so), l’espansione potrebbe continuare indefinitamente anche con w>1. In questo caso avremo il cosiddetto Big Crunch (che sembra quasi l’inverso di un Big Bang)

Nel caso di un universo aperto, w<1, detto universo a geometria Iperbolica, questi si espande indefinitamente. Tuttavia la gravità può rallentare la velocità di espansione del suo moto e la stessa non viene comunque bilanciata dall’energia oscusa che invece tende ad essere repulsiva portando il sistema ad una morte termica, il cosiddetto Big Rip (grande squarcio). Le cose che possono accadere sono due prima un big freeze e poi quando non rimarrà alcuna traccia della forza gravitazionale, elettromagnetica e nucleare il Big Rip. Uno squarcio nel tessuto universale.

Quando w=1, si parla di universo piatto o Euclideo in assenza di energia oscura, l’universo si espande via via sempre più lentamente, portando il sistema alla morte termica o al big rip. In questo scenario di inflazione eterna, alcuni dati osservativi dimostrerebbero che l’espansione non avviene in maniera isotropa. Si formerebbero quindi dei sistemi a bolla. Queste bolle potrebbero essere sedi di nuovi universi.

Il bilancio di energia oscura, materia oscura che sono rispettivamente disgregante e aggregante, nonché gravità, forza em e e forza nucleare debole è ciò che determinerà la fine.

Ammettiamo un esistenza finita dell’Universo

L’essere umano non vedrà mai la fine dell’Universo. La fine del genere umano avverrà molto, ma molto tempo prima. Se solo consideriamo che già dopo 100.000.000.000.000 (centomila miliardi) tutte le stelle note si saranno raffreddate, è chiaro che sperimenteremo una condizione prossima allo zero assoluto; i pianeti inizieranno ad allontanarsi indefinitamente dalle proprie stelle e dopo qualche altro milione di anni anche le galassie saranno oramai un lontano ricordo di ordine. E così in avanti fino ad arrivare all’evaporazione dei buchi neri sia piccoli e a seguire i super massicci. Tutto evaporerà. Rimarranno solo i fotoni dopo ₁₀10⁷⁶ anni. A questo punto o forse già tanto tempo prima il concetto di gravità e di tempo scompariranno.

L’idea che anche il tempo forse scomparirà al limite dello stretching fino a destrutturare la sua granularità è inimmaginabile..

Che cosa sarà dopo. Il Vuoto!?! Non sarà sicuramente vuoto ma piuttosto un “falso vuoto” (che significa falso vuoto…). Cosa potrà accadere dopo sarà solo figlio non di fenomeni fisici su scala cosmica ma piuttosto su scala quantistica. Avverranno fluttuazioni ed effetti tunnel quantistici del tutto casuali ed è molto probabile che l’entropia si ridurrà dando vita alla singolarità necessaria a generare un nuovo big bang. Questo fenomeno potrebbe accadere ben prima del disastro della meta-stabilità del vuoto. Ma ancora non è chiaro cosa accadrà. In funzione del tipo di energia oscura si potranno verificare vari scenari supportati da vari modelli. Il primo è il big rip, il secondo è il falso vuoto, o forse l’universo ciclico o un’altra ipotesi basata sulla distruzione del tessuto cosmico per la formazione di tanti piccoli volumi indipendenti e correlati ognuno a universi osservabili.

Stiamo ipotizzando che l’universo sia sempre esistito; quindi ciclico o oscillante potremmo riassumerlo come una serie “infinita?” di universi finiti. Il big bang ed il big crunch sarebbero delle semplici singolarità ricorrenti.

Fluttuazioni

Lo spazio vuoto, in accordo con il principio di indeterminazione di Heisenberg, è occupato continuamente in fenomeni di creazione e annichilazione (pertanto lo spazio vuoto non è). Si generano di continuo sistemi virtuali a coppie. In tale principio, energia e tempo sono legati indissolubilmente da una semplicissima relazione. Tale relazione ci dice che il principio di conservazione dell’energia potrebbe essere violato per brevissimi periodi di tempo. Questa ultima affermazione deriva da una interpretazione dell’equazione di indeterminazione non corretta, ma neanche grossolanamente sbagliata. La meccanica quantistica non autorizza comunque la violazione del principio di indeterminazione.

In questo modo, nel vuoto è possibile che si formino piccole quantità di energia e quindi di particelle e antiparticelle. Scambi continui tra energia e conversione di energia in materia, a velocità di interscambio enormi. Quindi il vuoto non contiene particelle create ed esistenti ma fluttuazioni, quali continue trasformazioni del nulla (energia) nel reale e viceversa. Pertanto lo spazio vuoto, vuoto non è. Ma questa energia cosa è? Spesso ci si può chiedere chi è?

Queste particelle virtuali sono quindi manifestazioni di carica temporanee ed obbediscono alla conservazione di energia, carica, momento ed impulso.

Chissà se si tratta dello sbilancio progressivo di fenomeni di creazione-annichilazione o altro. Sta di fatto che dal nulla, grazie ad una fluttuazione degli stati di energia si crea qualcosa. Questo qualcosa non è osservabile, ma gli effetti invece, quelli si, si vedono. Per i non credenti, il vuoto non può essere privo di energia perché una qualunque particella perderebbe posizione e velocità (si annullerebbero) determinando una violazione del principio di indeterminazione. Tutto vero! ma l’energia, da dove proviene? Come si genera? Chi l’ha generata? Ci deve essere qualcosa , un’entità, che nella logica delle cose sia precedente e creatrice.

Siamo arrivati alla fine! Le fluttuazioni quantistiche degli stati energetici ci hanno creato, ma poi arriviamo sempre ad un vicolo cieco. Per me Dio esiste e queste per me sono le prove. Si nasconde nelle piccole cose, ovunque intorno a Noi ed è quindi in tutto. Prima, durante, ora e dopo.