Se il nostro universo sia nato dal nulla o se c’era qualcosa prima rimane tutt’ora un mistero. Questo, però, non impedisce ad alcuni fisici di provare a capirlo.

“L’ultima stella si raffredderà lentamente e svanirà. Alla fine l’universo tornerà ad essere vuoto, buio, senza vita né significato”. Non è l’incipit di un racconto di fantascienza, ma le parole del fisico Brian Cox nella serie tv della BBC intitolata “Universe”. La morte dell’ultima stella sarà solo l’inizio di un’epoca infinitamente lunga e oscura che segnerà la fine dell’universo per come lo conosciamo. Tutta la materia sarà consumata da mostruosi buchi neri, che a loro volta evaporeranno in deboli barlumi di luce. Lo spazio continuerà a espandersi, finché anche quella luce fioca diventerà troppo debole per interagire. Ogni attività dell’universo cesserà. Sembra una visione pessimistica del cosmo, ma molti astronomi credono sia stata proprio una condizione come quella appena descritta a dar vita all’universo attraverso il Big Bang. Cerchiamo di capire in che modo.

Il Big Bang. Credit: Pixabay

Non ci sono prove che l’universo sia nato dal nulla

Prima di provare a spiegare cosa c’era prima del Big Bang, diamo un’occhiata a come è nata la materia che ci circonda. Se miriamo a spiegare le origini della materia fatta di atomi e molecole, di certo non c’era niente di tutto questo intorno al Big Bang, né c’è stato per centinaia di migliaia di anni dopo. In effetti, abbiamo una comprensione abbastanza dettagliata di come i primi atomi si siano formati da particelle più semplici, una volta che l’universo si era raffreddato abbastanza da rendere stabile la materia, e di come questi atomi si siano fusi in elementi più pesanti all’interno delle stelle.

Questa spiegazione, però, non dice se tutto abbia avuto origine dal nulla. Proviamo a tornare più indietro, alle prime particelle di protoni e neutroni, che insieme costituiscono il nucleo atomico. Sono comparse circa un decimillesimo di secondo dopo il Big Bang. E prima di quel momento, non c’era davvero materiale (nel senso più comune della parola). La fisica, però, ci consente di continuare a tracciare una linea temporale a ritroso, a quei processi fisici che precedono la materia stabile.

Qui entriamo nel regno della fisica speculativa, dato che non siamo in grado di produrre abbastanza energia in laboratorio per simulare i processi che avvenivano in quel momento. Una delle ipotesi più accreditate è che tutto fosse costituito da una zuppa bollente di particelle elementari chiamate quark, i cosiddetti mattoni di neutroni e protoni. In quel momento, tra l’altro, c’era materia e antimateria in quantità approssimativamente uguali. Ogni tipo di particella ha un’antimateria di segno opposto (negativo). Ma come sono nate queste particelle?

Il Big Bang è nato dal nulla?

La teoria quantistica dei campi ci dice che anche un vuoto, corrispondente allo spaziotempo vuoto, è pieno di attività fisica sotto forma di fluttuazioni di energia. Tali fluttuazioni possono dare origine a particelle che fuoriescono e che scompaiono poco dopo. Può sembrare una stranezza matematica, ma gli scienziati sono stati in grado di individuarle in numerosi esperimenti.

A questo punto potremmo chiederci: da dove sbuca lo spaziotempo stesso? Proviamo a portare l’orologio ancora più indietro, nella cosiddetta “epoca di Planck”, un decimilionesimo di trilionesimo di trilionesimo di trilionesimo di secondo dopo il Big Bang. A questo punto lo spazio e il tempo stessi furono soggetti a fluttuazioni quantistiche. I fisici, normalmente, lavorano separatamente con la meccanica quantistica che governa il micromondo delle particelle, e con la relatività generale, che invece si applica su grandi scale cosmiche. Per comprendere l’era di Planck, abbiamo quindi bisogno di una teoria completa della gravità quantistica, unendo le due teorie.

Cosa c’era prima del Big Bang? Credit: NASA.

Attualmente non abbiamo una teoria che spieghi la gravità quantistica, ma sono stati fatti vari tentativi attraverso la teoria delle stringhe e la gravità quantistica ad anello. Secondo queste teorie, lo spazio e il tempo ordinari sono visti come emergenti, cioè come onde sulla superficie di un oceano profondo. Ciò che sperimentiamo come spazio e tempo sono il prodotto di processi quantistici che operano a livello microscopico più profondo.

Insomma, nell’era di Planck la nostra concezione ordinaria dello spazio e del tempo si sgretola, quindi non possiamo più fare affidamento su un’eventuale relazione di causa-effetto. Nonostante ciò, tutte le teorie candidate a spiegare la gravità quantistica descrivono qualcosa di fisico che stava accadendo nell’era primordiale dell’universo. Una sorta di precursore quantistico dello spazio e del tempo ordinari. Insomma, finché non faremo progressi verso una solida “teoria del tutto”, non saremo in grado di dare una risposta definitiva. Il massimo che possiamo dire con sicurezza è che la fisica, finora, non ha trovato prove di qualcosa che nasce dal nulla.

Riferimenti: https://www.bbc.com/future/article/20220105-what-existed-before-the-big-bang

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