L'universo primordiale oltre la teoria dell'inflazione

frankyone

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20/4/09
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L'applicazione della teoria quantistica a loop ai primi istanti dell’universo sembra superare le difficoltà del modello inflazionario secondo cui il cosmo si sarebbe espanso di diversi ordini di grandezza in brevissimo tempo, trovando una “firma caratteristica” della gravità quantistica che potrebbe essere rilevata con osservazioni cosmologiche

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Quali condizioni erano presenti prima dell’inflazione cosmica e in che modo possono influenzare le previsioni del modello inflazionario? L'interrogativo è ancora senza risposta, ma una nuova ipotesi avanzata da Ivan Agullo e colleghi della Pennsylvania State University a University Park pubblicata sulle “Physical Review Letters” sembra ora porre rimedio.

Il modello inflazionario fu proposto negli anni ottanta da Guth, Linde, Albrecht e Steinhardt e si basa sul postulato che in una fase primordiale della sua evoluzione l’universo si sia improvvisamente “gonfiato” - in modo incredibilmente veloce e in un brevissimo periodo di tempo - addirittura di un fattore 10 alla 78. L’ipotesi rende conto di due circostanze problematiche nella teoria cosmologica del big bang: il fatto che il nostro universo sia approssimativamente piatto, cioè possa essere descritto da una geometria euclidea, e il fatto che appaia omogeneo anche alle distanze più remote, con regioni che mosttano caratteristiche simili anche se non sono mai entrate in contatto tra loro.

In questo contesto, è fondamentale l’idea che le strutture che osserviamo oggi nell’universo, come le galassie e gli ammassi di galassie, siano l’esito di un “ingrandimento”, dovuto all’inflazione, di disomogeneità, a sua volta frutto di fluttuazioni quantistiche del vuoto presenti inizialmente in una regione microscopica.

In passato sono stati sviluppati diversi modelli inflazionari, che hanno riscosso un notevole successo nel descrivere i processi osservabili su larga scala, coerentemente con i modelli dell’evoluzione dell’universo. Rimangono però irrisolte questioni come il cosiddetto “problema della singolarità”, messo in luce da un celebre lavoro di Arvind Borde, Alan H. Guth e Alexander Vilenkin del 2003, in cui si dimostrava che una conseguenza diretta della teoria dell’inflazione è che andando a ritroso nel tempo l’universo si sarebbe ridotto a quella che in fisica e matematica è detta appunto singolarità,cioè un punto in cui densità di energia,curvatura dello spazio-tempo e temperatura raggiungono valori infiniti.

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L'evoluzione dell'universo secondo la teoria inflazionaria: gli esiti in termini di fluttuazioni della radiazione cosmica di fondo sono analizzati dalla sonda WMAP della NASA (Cortesia NASA/WMAP Science Team)

Un’altra difficoltà apparentemente insormontabile è il problema “trans-planckiano”, legato cioè al limite della scala di Planck. Secondo le teorie inflazionarie, infatti, il cosmo che osserviamo attualmente si sarebbe sviluppato da strutture di dimensioni inferiori alla lunghezza di Planck, pari a 10 alla -35 metri. A queste scale però si ipotizza che le leggi della relatività generale che descrivono lo spazio-tempo e la gravità non siano più valide.

In queste condizioni estreme, il mondo fisico non è più quello conosciuto e occorre pensare quindi a una nuova teoria, la gravità quantistica, che possa descrivere lo spazio-tempo nella sua microstruttura, come fa la meccanica quantistica con la materia. Uno dei tentativi più promettenti in questo senso è la gravità quantistica a loop (LQG), che recentemente è stata applicata in campo cosmologico. Il maggior pregio di questa teoria è che non prevede un universo che emerge da una singolarità: il big bang è sostituito da un “grande rimbalzo” (big bounce), una fase di espansione che segue una precedente fase di contrazione.

In quest’ultimo lavoro, Agullo e colleghi applicano questo contesto teorico per descrivere la fase pre-inflazionaria. Un punto centrale è che le fluttuazioni quantistiche all’origine delle disomogeneità dell’universo si sono verificate in una geometria dello spazio-tempo quantizzata in una fase prossima al rimbalzo, in un volume di Planck (ovvero, in un cubo con lato pari alla lunghezza di Planck). Le stesse fluttuazioni, però, non influenzano la struttura geometrica quantistica e questo risulta vero per un’ampia classe di possibili condizioni iniziali. Le fluttuazioni del vuoto considerate sono quindi sostanzialmente le stesse della teoria inflazionaria classica.

Per un piccolo insieme di condizioni iniziali, invece, lo stato del vuoto previsto dalla LQG differisce leggermente da quelle dell’inflazione. Proprio questo aspetto potrebbe rappresentare una “firma caratteristica” della gravità quantistica che potrebbe essere verificata sperimentalmente con le osservazioni cosmologiche.

L'universo primordiale oltre la teoria dell'inflazione - Le Scienze
 
Grazie franky per l'articolo ( OK! ), però... che posso dire...

Le teorie che prevedono un "Big Bounce", ovvero il grande rimbalzo dal quale ebbe origine l'universo non le ho mai digerite, soprattutto ultimamente, e per alcuni buoni motivi:

  1. Non risolvono il problema "Da dove è saltato fuori l'universo", ma ne hanno solo nascosto la domanda dietro a una ripetizione di eventi
  2. Ultimamente sembra accertato che ci sarà un "Big Rip" dovuto ad una non meglio identificata energia oscura, che contrasta decisamente con l'idea del grande rimbalzo
  3. Per esserci un rimbalzo, tutte le dimensioni dovrebbero essersi ridotte praticamente a zero nello stesso preciso istante, e questo, in un universo caotico, mi sembra decisamente improbabile. Dove le lasciamo le varie iterazioni tra lo spazio e le masse ivi contenute?
Per contro, le varie teorie inflazionistiche spiegano cosa è successo ma non come, e quindi siamo di nuovo punto e a capo :wall: (anche se la teoria dell'inflazione toglie a parer mio le castagne dal fuoco allo spinoso problema di un evidnte buco nero inziale che si espande)

Ciao OK!
Nero
 
Ultima modifica:
Nell'astrofisica ci sono un sacco di teorie e congetture a cui non riusciamo attualmente a dare una spiegazione "umanamente" comprensibile, e che si prendono allegramente a ca22otti tra di loro a volte in maniera decisamente comica :D

Mettiamone giù solo alcune, magari poi me ne vengono in mente altre :yes:

  1. Il Big Bang (e da cosa altrimenti iniziare? :D )
  2. Il Big Rip (e già qui siamo ad un match tra Boss)
  3. La Teoria delle Stringhe (quasi una religione, a pare di molti, ma che a me piace tantissimo :) )
  4. La Materia Oscura, che costituisce circa il 25% dell'universo e non si sa neppure cos'è :eek:
  5. L'Energia Oscura, che costituirebbe circa il 70% dell'universo e non si sa neppure da che parte iniziare per cominciare a capirla :eek: :eek:
  6. L'Inflazione (non quella weimariana)
  7. Il Modello Standard delle particelle, che, seppur in grado di collezionare numerosi successi, ha ultimamente subito diversi knock-out :mmmm:
  8. La Meccanica Quantistica, che grazie al buon Heisenberg ha spiegato al mondo il concetto di "Libero Arbitrio" :yes:

Magari me ne sono sfuggite una marea, ma per ora queste sono quelle che mi sovvengono
Ciao ;)
Nero
 
  1. Non risolvono il problema "Da dove è saltato fuori l'universo", ma ne hanno solo nascosto la domanda dietro a una ripetizione di eventi

Voglio contraddirmi in modo banale..........

...facendo un discorso banale si capisce che non ci vuole una gran scienza per capire che l'universo ad un certo punto è balzato fuori dal nulla.

Il problema è capire cosa era quel "nulla" che c'era prima dell'universo.

Tieni presente che il "nulla" che c'è adesso negli spazi atomici o interstellari è un "nulla" dotato di proprietà fisiche misurabili (per esempio proprietà dielettrica del nulla).

Un "nulla" che ha delle capacità e caratteristiche misurabili, a mio modesto avviso, non rappresenta proprio il "nulla" in senso assoluto. Per me il nulla in senso assoluto non dovrebbe possedere nessuna caratteristica.


Forse in un punto in cui noi diciamo che c'è il "nulla" che conosciamo noi è un punto in cui c'è una forma a "riposo" (non visibile) della materia ed energia dell'universo.
Mentre un punto in cui c'è l'universo visibile è un punto in cui c'è materia e energia così come la conosciamo noi, cioè sarebbe un punto in cui c'è una forma di "nulla" dinamico.

Forse, quindi, l'universo non è mai nato si trasforma solo da "nulla" statico (zone senza materia ed energia visibile) a "nulla" dinamico (zone con materia ed energia visibile.

Allora la tesi è che l'universo è sempre esistito! :D

D'altronde se Dio è sempre esistito dove stava se non c'era neanche l'universo? Stava nel nulla?

:clap::clap::clap:

Ora dimostrato che prima di noi vi erano almeno due entità (Dio e universo) e possibile pure probabile che l'universo sia nato prima di Dio!

:clap::clap::clap:

Ciaaoooo. :D
 
...
Il problema è capire cosa era quel "nulla" che c'era prima dell'universo.

Tieni presente che il "nulla" che c'è adesso negli spazi atomici o interstellari è un "nulla" dotato di proprietà fisiche misurabili (per esempio proprietà dielettrica del nulla)...
Chiaro, è quella che viene chiamata "energia del vuoto" (vedasi effetto Casimir & c.)

Mmm... C'è un bel libro che ne parla molto bene a livello divulgativo (potrebbe essere "L'Universo Elegante" di Greene, ma non ne sono sicuro), dove viene evidenziato anche che il nostro Universo potrebbe essere benissimo metastabile, con il risultato che ci potrebbe essere un'altra transizione tipo "Big Bang" e tutto ciò che conosciamo scomparirebbe da così com'è in un solo istante :eek:

Comunque è proprio questo il bello: fino a che non avremo le idee estremamente chiare sull'infinitamente piccolo, col piffero che capiremo mai bene l'infinitamente grande (passando ovviamente attraverso la nostra scala umana) :D

Greetings
Nero
 
Grazie franky per l'articolo ( OK! ), però... che posso dire...

Le teorie che prevedono un "Big Bounce", ovvero il grande rimbalzo dal quale ebbe origine l'universo non le ho mai digerite, soprattutto ultimamente, e per alcuni buoni motivi:

  1. Non risolvono il problema "Da dove è saltato fuori l'universo", ma ne hanno solo nascosto la domanda dietro a una ripetizione di eventi
  2. Ultimamente sembra accertato che ci sarà un "Big Rip" dovuto ad una non meglio identificata energia oscura, che contrasta decisamente con l'idea del grande rimbalzo
  3. Per esserci un rimbalzo, tutte le dimensioni dovrebbero essersi ridotte praticamente a zero nello stesso preciso istante, e questo, in un universo caotico, mi sembra decisamente improbabile. Dove le lasciamo le varie iterazioni tra lo spazio e le masse ivi contenute?
Ciao Nero :)

Ma a dire il vero il Big Bounce a me è sempre piaciuto proprio perchè così non occorre giustificare un inizio del "tutto", cosa che mi ha sempre reso perplesso perchè renderebbe l'evento "Universo" un qualcosa di unico ed irripetibile collocando così un l'ente, per l'ennesima volta, al centro del tutto così come in passato è accaduto per la Terra, poi al Sole, alla Galassia e via così.
Il nostro Universo perde la sua unicità e viene collocato come un evento ripetibile e non unico visto che le teorie correnti parlano di un Metauniverso in cui il nostro non occupa nessun posto privilegiato rispetto agli infiniti esistenti.
Ma qui si sfocia nella metafisica visto che non saranno mai sondabili, ed estrapolare dalle leggi fisiche nostrane ciò che è oltre non è definito propriamente Scienza. :D

Non capisco perchè come tu dici il Big Bounce contrasta con l'idea del Big Rip che è in atto. Il Big Bounce trae origine da considerazioni quantistiche della gravità (gravità a loop quantistica) grazie alla quale viene preclusa la possibilità dell'inizio dell'Universo in una singolarità spazio_tempo, in contrasto appunto con la Relatività.
Il Big Rip dovuta all'energia cosiddetta oscura ha origine da un campo scalare non ancora identificato, un qualcosa di simile al campo scalare che ha determinato il periodo dell'infalzione dell'universo e per il quale sono state introdotte le relative particelle chiamate "inflatoni".
Da quello che leggo in giro mi pare di capire che Big Bounce e Big Rip siano due aspetti diversi dell'evoluzione dell'Universo e non mutuamente esclusivi.

Sulle diverse dimensioni compresse tutte quante nello stesso istante beh....vai a sapere com'è andata, magari su dieci dimensioni, non tutte necessariamante si sono ridotte ma solo quelle di un sottoinsieme. Ma credo che qui nemmeno i cosmologi hanno un quadro chiaro.
Per contro, le varie teorie inflazionistiche spiegano cosa è successo ma non come, e quindi siamo di nuovo punto e a capo :wall: (anche se la teoria dell'inflazione toglie a parer mio le castagne dal fuoco allo spinoso problema di un evidnte buco nero inziale che si espande)

Ciao OK!
Nero
Ecco per l'inflazione come ho detto hanno introdotto un campo scalare ad hoc (nel modello del Big Bang ne esistono diversi di campi scalari).
Ma tant'è, l'inflazione è il modello che tutt'ora spiega molto bene le osservazioni, (uniformità e identiche caratteristiche dell'Universo anche per luoghi che mai hanno potuto interagire tra loro), e se ci sarà un modello migliore che risponda in modo più fine alle osservazioni verrà scalzato via.
Come d'altronde sempre succede nella Scienza.

Nell'astrofisica ci sono un sacco di teorie e congetture a cui non riusciamo attualmente a dare una spiegazione "umanamente" comprensibile, e che si prendono allegramente a ca22otti tra di loro a volte in maniera decisamente comica :D

Mettiamone giù solo alcune, magari poi me ne vengono in mente altre :yes:

  1. Il Big Bang (e da cosa altrimenti iniziare? :D )
  2. Il Big Rip (e già qui siamo ad un match tra Boss)
  3. La Teoria delle Stringhe (quasi una religione, a pare di molti, ma che a me piace tantissimo :) )
  4. La Materia Oscura, che costituisce circa il 25% dell'universo e non si sa neppure cos'è :eek:
  5. L'Energia Oscura, che costituirebbe circa il 70% dell'universo e non si sa neppure da che parte iniziare per cominciare a capirla :eek: :eek:
  6. L'Inflazione (non quella weimariana)
  7. Il Modello Standard delle particelle, che, seppur in grado di collezionare numerosi successi, ha ultimamente subito diversi knock-out :mmmm:
  8. La Meccanica Quantistica, che grazie al buon Heisenberg ha spiegato al mondo il concetto di "Libero Arbitrio" :yes:

Magari me ne sono sfuggite una marea, ma per ora queste sono quelle che mi sovvengono
Ciao ;)
Nero
Eh un bel casino....:D
Intanto grazie ai recenti risultati del CERN in cui non si riscontrano decadimenti anomali rispetto a quanto previsto dal modello standard....comincia a vacillare la teoria della Supersimmetria: http://www.finanzaonline.com/forum/...etria-crisi-senza-riscontri-sperimentali.html
per cui la risoluzione del problema di ciò che è la materia oscura è più lontana, (per non parlare dell'energia oscura) anche se comunque esiste perchè ne sono stati osservati gli effetti gravitazionali di curvatura negli ammassi di galassie, curvatura incompatibile con il solo contributo della materia barionica.

Come sempre si naviga a vista....ma d'altronde non si può fare diversamente. :D :cool:
 
Voglio contraddirmi in modo banale..........

...facendo un discorso banale si capisce che non ci vuole una gran scienza per capire che l'universo ad un certo punto è balzato fuori dal nulla.

Il problema è capire cosa era quel "nulla" che c'era prima dell'universo.

Tieni presente che il "nulla" che c'è adesso negli spazi atomici o interstellari è un "nulla" dotato di proprietà fisiche misurabili (per esempio proprietà dielettrica del nulla).

Un "nulla" che ha delle capacità e caratteristiche misurabili, a mio modesto avviso, non rappresenta proprio il "nulla" in senso assoluto. Per me il nulla in senso assoluto non dovrebbe possedere nessuna caratteristica.


Forse in un punto in cui noi diciamo che c'è il "nulla" che conosciamo noi è un punto in cui c'è una forma a "riposo" (non visibile) della materia ed energia dell'universo.
Mentre un punto in cui c'è l'universo visibile è un punto in cui c'è materia e energia così come la conosciamo noi, cioè sarebbe un punto in cui c'è una forma di "nulla" dinamico.

Forse, quindi, l'universo non è mai nato si trasforma solo da "nulla" statico (zone senza materia ed energia visibile) a "nulla" dinamico (zone con materia ed energia visibile.

Allora la tesi è che l'universo è sempre esistito! :D

D'altronde se Dio è sempre esistito dove stava se non c'era neanche l'universo? Stava nel nulla?

:clap::clap::clap:

Ora dimostrato che prima di noi vi erano almeno due entità (Dio e universo) e possibile pure probabile che l'universo sia nato prima di Dio!

:clap::clap::clap:

Ciaaoooo. :D
Credo che il nulla non sia mai esistito, il nulla genera solo il nulla.
C'è un aneddoto riguardo ad Einstein riportato nella biografia che ho a casa, quando si trovava a Princeton....stava discutendo camminando sulla strada con un altro docente riguardo alla teoria formulata da uno studente di quest'utimo in cui asseriva che visto che nel computo dell'energia della gravità questa ha valore negativo mentre la materia e la radiazione elettromagnetica sono energie positive, l'universo poteva nascere dal nulla senza violare il principio di conservazione dell'energia.
Eistein è rimasto folgorato da questa idea al punto che si è immobilizzato in mezzo alla strada che stava attraversando....e un'automobile lo stava per accoppare. :D :clap:

D'altronde se Dio è sempre esistito dove stava se non c'era neanche l'universo? Stava nel nulla?
Ah qui una risposta l'ha data Sant'Agostino :o :D

Egli sostiene che il mondo non fu creato da una materia qualsiasi, ma dal nulla. Dio creò la sostanza, non soltanto l'ordine e la disposizione delle cose, la Genesi a tal proposito è esplicita.
La domanda che lo tormenta è: "Perché il mondo non fu creato prima?"
Perché non c'era alcun "prima". Il tempo fu creato quando il mondo fu creato. Dio è eterno, nel senso che è senza tempo; in Dio non c'è né prima né dopo, ma solo un eterno presente. L'eternità di Dio è libera da ogni rapporto con il tempo.
Egli non precedette la sua creazione del tempo, perché ciò implicherebbe che Egli stesse nel tempo, mentre Egli sta eternamente al di fuori della corrente del tempo, ciò conduce Sant'Agostino alla sua teoria del tempo.


Tesina Maturità | L' Enigma del Tempo : Sant'Agostino - Il tempo e la creazione
 
Ultima modifica:
Ciao Franky e buon anno :)

Allora, rispondendo un po' a casaccio:

  1. Secondo me il Big Rip e il Big Bounce non sono compatibili perchè dopo un'espansione accelerata e sempre più rapida la vedo dura che il tutto possa di nuovo comprimersi (in vista del rimbalzo); in alternativa dovremmo tirare fuori dal cappello ancora un'altra "soluzione" ad hoc, e questo mi piace ancora meno :mmmm:
  2. Al Big Bounce preferisco l'ipotesi del multiuniverso, dove il nostro è un universo tra i tanti ed ognuno con le sue caratteristiche fisiche, e questo spiega anche il perchè esistiamo (senza scomodare il principio antropico)
  3. L'inflazione non mi piace, ma temo che dovremo tenercela così com'è (o, come dici tu, fino alla prossima scoperta), visto che spiega un sacco di cose, così come iul Big Bang :)
  4. Per il Modello Standard, sono veramente curioso di vedere cosa cogiteranno per riempire tutte le voragini che oramai la teoria contiene: Materia Oscura, Energia Oscura, Inflatoni e chi più ne ha più ne metta :cool:
Ciao e continua così che è un piacere leggerti OK!
Nero
 
Ciao Franky e buon anno :)

Allora, rispondendo un po' a casaccio:

  1. Secondo me il Big Rip e il Big Bounce non sono compatibili perchè dopo un'espansione accelerata e sempre più rapida la vedo dura che il tutto possa di nuovo comprimersi (in vista del rimbalzo); in alternativa dovremmo tirare fuori dal cappello ancora un'altra "soluzione" ad hoc, e questo mi piace ancora meno :mmmm:
  2. Al Big Bounce preferisco l'ipotesi del multiuniverso, dove il nostro è un universo tra i tanti ed ognuno con le sue caratteristiche fisiche, e questo spiega anche il perchè esistiamo (senza scomodare il principio antropico)
  3. L'inflazione non mi piace, ma temo che dovremo tenercela così com'è (o, come dici tu, fino alla prossima scoperta), visto che spiega un sacco di cose, così come iul Big Bang :)
  4. Per il Modello Standard, sono veramente curioso di vedere cosa cogiteranno per riempire tutte le voragini che oramai la teoria contiene: Materia Oscura, Energia Oscura, Inflatoni e chi più ne ha più ne metta :cool:
Ciao e continua così che è un piacere leggerti OK!
Nero
Ciao Nero buon anno anche a te. :)

Riguardo il Big Bounce potrebbe essere che il nostro Universo , che non imploderà mai ed è destinato ad una diluizione sempre più profonda, venga riciclato utilizzando il suo contenuto (materia + energia) in altri Big Bounce di altri universi nascenti...un po' come succede con il materiale espulso dalle stelle morenti e riutilizzato da altre stelle, e questo si inquadra bene in un sitema a multiuniverso.

Ma al di là delle teorie e scenari possibili a me perplime veramente una sola cosa: l'entropia.
Questo parametro è destinato ad aumentare indefinitamente nel tempo anche in uno scenario a Multiuniverso, in tutti gli universi, e questo rende impossibile ricavare energia e creare ambienti altamente organizzati come lo era il nostro all'inizio del Big Bang.
Come diavolo viene riazzerata l'entropia nel Multiuniverso. :mmmm:

ciao.
 
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