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Toglieteci tutto ma non il Big Bang

“La realtà ha così tante sfaccettature che la maggior parte delle persone potrebbe associarle alla fantascienza o persino alla fantasia”, ha detto Bruno Bento, un fisico che studia la natura del tempo all’Università di Liverpool nel Regno Unito. Lui e il suo team hanno utilizzato una nuova teoria della gravità quantistica, chiamata teoria degli insiemi causali, per esplorare l’inizio dell’Universo, scoprendo che potrebbe non aver avuto un inizio e che quello che chiamiamo Big Bang potrebbe essere stato solo un passaggio evolutivo.

La fisica moderna deve affrontare un grosso dilemma perché sia la Relatività Generale che la Fisica Quantistica sono due teorie straordinariamente efficaci. Quest’ultima ha prodotto una descrizione riuscita di tre delle quattro forze fondamentali della natura (elettromagnetismo, forza debole e forza forte) fino a scale microscopiche. La Relatività Generale, d’altra parte, è la descrizione più potente e completa della gravità mai concepita. Ma, nonostante tutto, è incompleta.

In almeno due casi specifici, la matematica della relatività generale semplicemente non basta, e non riesce a produrre risultati affidabili: al centro dei buchi neri e all’inizio dell’Universo. Queste regioni sono chiamate “singolarità”, dove la gravità diventa incredibilmente forte su scale di lunghezza molto piccole, punti nello spazio-tempo in cui le nostre attuali leggi della fisica si sgretolano.

I fisici hanno quindi bisogno di una descrizione microscopica della gravità forte, chiamata anche teoria quantistica della gravità. A dire il vero ci sono diverse correnti di pensiero come la teoria delle stringhe, o la gravità quantistica a loop, alle quali si aggiunge un altro approccio che rivede completamente la nostra comprensione dello spazio e del tempo.

Teoria degli insiemi causali
In tutte le attuali teorie della fisica, lo spazio e il tempo sono continui. Formano un tessuto liscio che sta alla base di tutta la realtà, anche la nostra, quella quotidiana. In uno spazio-tempo così continuo, due punti possono essere molto, molto vicini l’uno all’altro nello spazio e verificarsi nel tempo molto, molto vicini l’uno all’altro.

Ma secondo un altro approccio, la teoria degli insiemi causali, lo spazio-tempo è composto da una serie di parti discrete, o “atomi spazio-temporali”. Questa teoria pone limiti rigorosi alla vicinanza degli eventi sia nello spazio che nel tempo, dal momento in cui non possono essere più vicini della dimensione dell’atomo spazio-temporale. Un po’ come se fossero costretti all’interno di un reticolo. Questa visione potrebbe essere rappresentata da un esempio pratico: il monitor di un computer. In apparenza la realtà restituita dagli schermi è compatta e fluida ma se ci si avvicina con una lente di ingrandimento, si nota che è costituita da una serie di pixel. Ne consegue che due soggetti visti attraverso un monitor non possono essere più vicini di un pixel, che l’unità base in cui questo spazio (schermo) è suddiviso.

Questa teoria ha affascinato Bento. “Sono stato entusiasta di trovare questa teoria, che non solo cerca di diventare il più fondamentale possibile, essendo un approccio alla gravità quantistica e ripensando effettivamente la nozione di spazio-tempo stesso, ma dà anche un ruolo centrale al tempo e a ciò che fisicamente significa il fatto che passa, quanto è fisico il tuo passato e se il futuro esiste già o meno”.

L’inizio del tempo o il passato infinito?
La teoria degli insiemi causali ha importanti implicazioni per la natura del tempo.

“Una parte importante di questa filosofia è che il passare del tempo è qualcosa di fisico, che non qualche sorta di illusione emergente o a qualcosa che accade all’interno del nostro cervello; questo passaggio è, di per sé, una manifestazione della teoria fisica”, ha detto Bento. “Quindi, nella teoria degli insiemi causali, un insieme causale crescerà un ‘atomo’ alla volta e diventerà sempre più grande”.

Questo approccio rimuove nettamente il problema della singolarità del Big Bang perché, in teoria, le singolarità non possono esistere dato che punti molto piccoli non possono diventare più piccoli delle dimensioni di un atomo spazio-temporale.

Quindi, senza il Big Bang, che aspetto aveva l’Universo all’inizio? È qui che Bento e il suo collaboratore, Stav Zalel, uno studente laureato all’Imperial College di Londra, sono entrati in azione, esplorando quello che dovrebbe essere l’inizio dei tempi con la teoria degli insiemi casuali. Il loro lavoro appare in un articolo pubblicato nel database di preprint arXiv.
Secondo il team. la matematica appoggia l’idea di un Universo infinito al passato, ovvero di un insieme casuale che è sempre esistito e, dunque, il Big Bang non sarebbe stato l’inizio di nulla ma solo un particolare momento evolutivo.

Tuttavia, c’è ancora molto lavoro da fare, ammette Bento. Non è ancora chiaro se questo approccio causale senza inizio possa consenta di descrivere la complessa evoluzione dell’Universo durante il Big Bang. “Ci si può ancora chiedere se questo [approccio dell’insieme causale] possa essere interpretato in un modo ‘ragionevole’, o cosa significhi fisicamente tale dinamica in un senso più ampio, ma abbiamo dimostrato che un quadro è davvero possibile”, ha detto Bento. “Quindi, almeno matematicamente, questo può essere fatto”.

In altre parole, anche questo è un inizio!

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