L’inflazione cosmica, spiegata

È una teoria che prevede che l’universo si sia espanso all’improvviso, e in modo accelerato, pochissimi istanti dopo il Big Bang. Ecco a quale velocità e per quanto tempo.

Del modello del Big Bang abbiamo parlato spesso in numerosi altri articoli. Oggi ci concentreremo sul concetto di inflazione, ovvero quell’espansione improvvisa dell’universo pochissimi istanti dopo il Big Bang.

Uno dei problemi che riguardano il Big Bang, è che la densità, all’epoca, era molto vicina al valore critico. In parole semplici: se la quantità di materia presente nell’universo fosse stata minore di questo valore critico, l’espansione avrebbe vinto sulla gravità. Se fosse stata maggiore, l’universo sarebbe collassato su se stesso e sarebbe tornato a uno stato simile a quello da cui era iniziato. Ma perché ancora oggi la densità dell’universo è ancora così vicina al valore critico? Dovrebbe cambiare man mano che l’universo si espande, no?

L’idea venne a un giovane fisico americano di nome Alan Guth sul finire del 1979. Giocherellando con le equazioni del Big Bang, si accorse che poteva essere invertito il comportamento della densità: esistevano, cioè, soluzioni per cui la densità si avvicinava al valore critico, invece che allontanarsi. Questo fenomeno sarebbe potuto avvenire in un solo caso: che lo spazio si dilatasse in maniera accelerata.

L’espansione accelerata dell’universo

Per capire l’idea di Guth, dobbiamo fare un passo indietro. In condizioni normali ci aspetteremmo che la gravità freni l’espansione, anziché accelerarla. Effettivamente, per funzionare, la teoria di Guth aveva bisogno di qualcos’altro, un ingrediente che i fisici chiamano campo scalare. In sostanza per un tempo brevissimo (chiamato appunto inflazione) l’espansione dell’universo è stata accelerata, per poi tornare al ritmo precedente, secondo il modello standard. È questo che avrebbe portato la densità molto vicino al valore critico.

Si stima che l’inflazione sia avvenuta dopo appena 10×10⁻³⁵ secondi dal Big Bang, sia durata a 10⁻³⁰ secondi e abbia aumentato il raggio dell’universo di un valore enorme, tra 10²⁵ e 10³⁰ (circa un miliardo di miliardi di miliardi di volte) ad una velocità più alta di quella della luce.

Guth fu così eccitato dal risultato ottenuto che scrisse “SPECTACULAR REALIZATION” a caratteri cubitali sul suo taccuino. E c’era anche un’altra cosa interessante. L’inflazione poteva spiegare perché l’universo ci appare così uniforme su grande scala. In un certo senso, insomma, forniva le giustificazioni necessarie a spiegare il principio cosmologico sulla quale è costruito il Big Bang. È un’idea che piace molto ai fisici teorici, perché nonostante sia basata su concetti speculativi, permette di fare calcoli sensati e può essere la spiegazione migliore al fatto che la densità dell’universo sia tutt’ora così vicina al valore critico.

Riferimenti:

• https://it.wikipedia.org/wiki/Inflazione_(cosmologia)
• https://www.britannica.com/science/cosmology-astronomy/The-very-early-universe#ref1070097
• https://www.nasa.gov/vision/universe/starsgalaxies/wmap_pol.html