Ecco come l’inflazione potrebbe risolvere uno dei più grandi enigmi cosmologici emersi dalla teoria del Big Bang.

Quando osserviamo l’universo, emerge un problema sorprendente: appare omogeneo in tutte le direzioni. In altre parole, la materia è distribuita uniformemente, una caratteristica che sembra contraddire le leggi della fisica come le conosciamo. Questo fenomeno è noto come il “problema dell’orizzonte”.

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La radiazione cosmica di fondo

Le anisotropie della radiazione cosmica di fondo, o CMB, come osservato dalla missione Planck dell’ESA. Crediti: ESA/Planck Collaboration.

Secondo la teoria della relatività speciale di Einstein, nulla può viaggiare più veloce della luce. Quando osserviamo l’universo, vediamo la luce che ha viaggiato per miliardi di anni prima di raggiungerci. Guardando in una direzione vediamo oggetti distanti la cui luce ha impiegato l’età dell’universo per arrivare a noi. Lo stesso accade nell’opposta direzione. Questi due punti non avrebbero mai potuto essere in contatto tra loro a causa del limite imposto dalla velocità della luce e, tuttavia, appaiono simili e condividono proprietà fisiche simili.

Questo fenomeno è ancora più evidente se esaminiamo la radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB), la luce più antica dell’universo. Questa radiazione mostra variazioni di temperatura minime, nell’ordine di 0.1 Kelvin. In altre parole, l’universo aveva una temperatura quasi uniforme al momento dell’emissione di questa luce. Questo stato di equilibrio termico è inspiegabile se consideriamo che l’universo era troppo grande per permettere alla luce di viaggiare da una parte all’altra e comunicare queste informazioni di temperatura.

Il problema dell’orizzonte si manifesta quando consideriamo le dimensioni dell’universo al momento dell’emissione della CMB. Circa 380 000 anni dopo il Big Bang, l’universo era molto più piccolo e la distanza massima che la luce poteva percorrere era di circa 380 000 anni luce. Tuttavia, le osservazioni mostrano che parti dell’universo che non avrebbero potuto influenzarsi reciprocamente presentano temperature quasi identiche. Questa omogeneità è in contrasto con le aspettative basate sulla fisica standard.

La teoria dell’inflazione

Per risolvere questo enigma, gli scienziati hanno proposto la teoria dell’inflazione cosmica. Secondo questa teoria, nei primissimi istanti di vita dell’universo, esso ha attraversato una fase di espansione esponenziale. Questa rapida espansione avrebbe aumentato le dimensioni dell’universo di un fattore enorme in una frazione di secondo, portando regioni inizialmente in contatto causale a distanze enormi. Questa espansione avrebbe creato l’illusione di un universo omogeneo e isotropo, risolvendo così il problema dell’orizzonte.

Altre possibili soluzioni

Sebbene l’inflazione sia la spiegazione più accettata, non è l’unica proposta. Alcuni scienziati hanno ipotizzato un universo ciclico, che passa attraverso fasi di espansione e contrazione. Durante la fase di contrazione, tutte le parti dell’universo entrerebbero in contatto causale, spiegando l’uniformità osservata. Tuttavia, questo modello presenta difficoltà nel spiegare altri fenomeni cosmologici.

Un’altra proposta coinvolge la variazione della velocità della luce nell’universo primordiale. Se la luce viaggiava più velocemente all’inizio, l’orizzonte cosmico sarebbe stato più grande, permettendo alle informazioni di temperatura di diffondersi più uniformemente. Questa teoria, però, incontra numerosi problemi teorici e osservativi.

Il problema dell’orizzonte rimane uno dei misteri irrisolti della cosmologia. L’inflazione offre una soluzione convincente, ma non definitiva. Le future osservazioni e teorie potrebbero fornire nuove risposte, aiutandoci a comprendere meglio la struttura e l’evoluzione del nostro universo.

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