Le leggi fisiche ci hanno sempre indotto a credere che nulla possa nascere dal nulla. Perché qualcosa esista, ci deve essere materia o comunque una qualche componente fisica. Perché questa sia disponibile, ci dev’essere qualcos’altro che la trasformi. Ma se davvero il Big Bang avesse avuto inizio dal nulla? Ecco cosa sappiamo a riguardo.

Qualche settimana fa avevamo iniziato a parlare di cosa c’era prima del Big Bang. Ci eravamo soffermati, in particolare, sui primissimi istanti, e avevamo provato a tornare indietro fino a miliardesimi di secondo dopo il Big Bang. Avevamo concluso che nulla può nascere dal nulla: sono le leggi della fisica a impedirlo. Non è mai stato scoperto o studiato qualcosa nato dal vuoto. Ma per rispondere veramente a questa domanda, dovremmo spiegare lo stato quantistico dell’universo all’inizio di quella che viene comunemente definita era di Planck (quel periodo compreso fra l’istante zero e 10−43 secondi dopo il Big Bang).

Nebulosa
Una nebulosa fotografata dalla NASA. Credit: NASA

Universo nato dal (quasi) nulla

Il fisico vincitore del Premio Nobel 2020 Roger Penrose ha proposto un modello intrigante e controverso di universo nato dal (quasi) nulla. Venne ispirato dalla connessione matematica fra un universo molto caldo, denso e piccolo e uno stato dell’universo estremamente freddo, vuoto e in espansione. Per spiegare questa relazione elaborò una teoria che presuppone che i due stati diventino identici, una volta portati al limite. Per quanto paradossale possa sembrare, una totale assenza di materia potrebbe essere riuscita a dare origine a tutta la materia che vediamo intorno a noi.

In quest’ottica il Big Bang nasce (quasi) dal nulla. È ciò che rimane quando tutta la materia di un universo precedente è stata consumata dai buchi neri, a loro volta trasformatisi in fotoni dispersi nel vuoto. L’intero universo, quindi, nascerebbe da qualcosa che è quanto di più simile al nulla. Il problema è che quel “niente” è pur sempre qualcosa: è ancora un universo fisico, per quanto vuoto.

Ma come può quello stato essere al tempo stesso freddo e vuoto e caldo e denso? La risposta sta in una trasformazione geometrica che altera le dimensioni di un corpo, ma ne lascia inalterata la forma: la conformal rescaling.

Due stati, un’unica forma

Penrose ha mostrato come lo stato denso freddo e quello denso caldo potrebbero essere correlati rispetto alle forme del loro spazio-tempo, non alla loro dimensione. È certamente difficile capire come due oggetti possano essere identici con dimensioni così diverse, ma Penrose sostiene che la dimensione come concetto cessa di avere senso in ambienti estremi di questo tipo.

Nella cosmologia ciclica conforme, la direzione della spiegazione va da vecchio e freddo a giovane e caldo. In sostanza lo stato denso esiste proprio a causa dello stato vuoto freddo. E non sono solo le dimensioni a smettere di essere rilevanti, in questa fase: anche il tempo lo fa. Lo stato denso e freddo e quello denso e caldo si trovano su linee temporali diverse. Lo stato freddo e vuoto continuerebbe in eterno dal punto di vista di un osservatore nella sua stessa geometria temporale, ma quello caldo e denso a cui dà origine si trova effettivamente su una nuova linea temporale.

Forse sarebbe più corretto dire che lo stato caldo e denso emerge da, o è realizzato dallo stato freddo e vuoto. Sono concetti metafisici ampiamente esplorati dai filosofi, specialmente nel campo della gravità quantistica, dove causa ed effetto ordinari sembrano non esistere.

Riferimenti:

Passione Astronomia partecipa al Programma Affiliazione Amazon EU, che consente ai siti di percepire una commissione pubblicitaria pubblicizzando e fornendo link al sito Amazon.it