C’è la prova matematica dell’origine spontanea dell’universo dal niente?

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Alle volte parlare con i miei amici è disarmante. Con la loro sconcertante poco familiarità con la fisica e dei suoi concetti riescono a mettermi in difficoltà.
Avevo appena finito di parlare dell’onda gravitazionale primordiale generata dal Big Bang che proprio da chi meno te l’aspetti arriva una domanda imbarazzante.

Se l’universo primordiale era ridotto in un punto, cosa c’era dentro quel punto? Cosa ha generato l’esplosione? C’è la prova matematica dell’origine del Big Bang?

(Io so dove vuole arrivare il mio amico che è un religioso credente nella creazione biblica.)

Non ho la risposta regina da dare a queste domande – gli dico – Nessuno ha una risposta da dare a queste domande. Nessuno sa di cosa era composto l’universo dalle dimensioni di un punto. E la esplosione di un punto a pressione e temperatura infinita è una esplosione e non ha giustificazioni.

Poi mi ricordo di un articolo che ho scritto qualche tempo fa sul “campo di punto zero” e di un articolo letto recentemente non so dove per dare una risposta “alternativa”.

Il Big Bang non si tratta solamente di una idea – rispondo – ci sono alcune prove oggettive supportate da numerose evidenze osservative.
C’è la radiazione cosmica di fondo per esempio. Una sorta di eco primordiale della grande esplosione iniziale. Questa radiazione è uniforme da qualsiasi parte la si osservi e non è associata a nessuna emissione proveniente dalle stelle o da altri corpi celesti. La sua scoperta è considerata una conferma chiave del modello del Big Bang dalla comunità scientifica internazionale e rientrata nel modello scientifico detto Lambda-CDM.

Poi, l’altra evidenza è data dall’espansione cosmica (accelerata) che se viene immaginata a ritroso nel tempo ci porta ad una origine dell’Universo basata sull’idea del Big Bang.

Più difficile rispondere alla domanda di cosa era comporto l’universo primordiale e cosa ha generato il Big Bang.
Per diversi anni, gli scienziati si sono basati sull’idea secondo cui l’Universo sia emerso spontaneamente dal nulla.

Come è possibile che l’universo sia emerso da nulla – mi risponde il mio amico – se il nulla non contiene niente?

Non è propriamente detto – rispondo – Non è detto che il nulla non contenga niente, perchè noi associamo al vuoto la mancanza di materia visibile.
Nella meccanica quantistica il vuoto, sebbene negato dalla teoria, tuttavia può essere approssimato ad uno stato di energia estremamente basso e, almeno apparentemente, stabile, ma soggetto a fluttuazioni quantistiche.

Mi spiego meglio.
Secondo la meccanica quantistica il vuoto subatomico che è caotico e bizzarro è permeato da un mare di fluttuazioni quantistiche che creano coppie di particelle e anti-particelle virtuali che si annichiliscono in un tempo inversamente proporzionale alla propria massa.

Nel mondo reale non solo i fotoni ma tutti i tipi di particelle elementari sembrano spuntare dal nulla. Sembrano venire da un mare di fluttuazioni quantistiche per alcuni millesimi o milionesimi di secondo per poi sparire ancora nel vuoto. Queste particelle esotiche sono state chiamate “particelle virtuali” dato che non sono abbastanza stabili per rimanere nella nostra realtà.
L’oscillazione delle particelle subatomiche si crede essere causato da un qualcosa chiamato “campo di punto zero” che può essere immaginato come una “schiuma” di fotoni e particelle.
In modo casuale i fotoni virtuali quindi saltano  avanti e indietro tra il campo di punto zero e il nostro mondo fisico.

Ora se fai un piccolo sforzo di immaginazione – dico al mio amico – l’estremamente piccolo subatomico può essere assimilato all’universo estremamente piccolo all’attimo del Big Bang, ovvero della grande esplosione. Cosa significa?

Significa che il Big Bang potrebbe essere il prodotto di fluttuazioni quantistiche da cui si è originato tutto ciò che vediamo.

Non è fantasia come potresti pensare – continuo a dire al mio amico ma mi rivolgo anche agli altri due amici che non sanno più cosa pensare.
Questa idea nasce da un principio fisico, chiamato principio di indeterminazione di Heisenberg di cui uno dei suoi effetti è la schiuma quantica. (Anche lo spaziotempo sarebbe “schiumoso”).

Lo so che è difficile immaginare l’universo primordiale come una schiuma fluttuazione di particelle indistinte. Ma, fate attenzione a questo passaggio.

Come nel mondo subatomico dove le particelle vanno avanti e indietro dal vuoto, ciò permette di immaginare che una piccola porzione di spazio vuoto dell’universo primordiale possa emergere, da un punto di vista probabilistico, a causa delle fluttuazioni quantistiche, dando luogo ad un “falso vuoto metastabile”.
Cosa significa “falso vuoto metastabile”?. Significa che questo falso vuoto è in condizioni di forte instabilità, basta poco per subire una transizione.

Quando ciò avviene, ci sono due possibilità: se questa bolla di spazio non si espande rapidamente, essa scompare di nuovo quasi istantaneamente; se, invece, la bolla di spazio si espande fino a raggiungere una dimensione abbastanza grande, allora si crea un universo in modo irreversibile.

Questo che ti ho detto è la teoria dell’universo nato da “bolle” che potrebbe parzialmente rispondere alle tue domande – mi rivolgo al mio amico.

Manca la prova matematica, è vero, ma alcuni scienziati ci stanno lavorando.
C’è una equazione di uno scienziato, di cui non ricordo il nome, dalla quale è stato provato che una volta creata una piccola bolla di vuoto vero, esiste una certa probabilità che essa si espanda esponenzialmente. Esattamente come l’universo che osserviamo oggi.

L’ approccio degli scienziati è quello di considerare una bolla sferica che sia interamente descritta dal suo raggio. Poi, gli scienziati derivano l’equazione che descrive il tasso con cui si espande questo raggio per poi trovare una soluzione in cui la bolla si può espandere esponenzialmente fino a raggiungere una dimensione tale da formare un nuovo universo, ossia un Big Bang.

Ecco, spero che abbiate capito qualcosa.

Insomma – mi fa osservare il mio amico con un pizzico di soddisfazione – l’unica cosa che ho capito è che questi scienziati non sanno nulla, non c’è prova matematica della esplosione del Big Bang.

(me l’aspettavo)

Vero – rispondo – ma è pur vero che nessun altro sa nulla e nessun altro sa portare prove. Con la differenza che gli scienziati ci provano studiando l’universo con la testa ed i piedi per terra. Loro.

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