Godman, l’universo olografico parte II – prima del Big Bang?

Il Giornale Online

Nel 1964 due astronomi americani – Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson –, al termine di uno studio avviato nel 1940, che valse loro il Nobel nel ’78, tramite un radiotelescopio riuscirono a rilevare una debole radiazione isotropa di fondo non associata ad alcuna stella, galassia o qualsiasi altro tipo di corpo celeste. Tale radiazione venne denominata cosmic microwave background radiation (talvolta abbreviata in CMBR) o radiazione cosmica di fondo, generalmente considerata come una conferma chiave del modello del Big Bang.

Grazie alla misura delle fluttuazione di temperatura nella radiazione cosmica di fondo, alle misure della funzione di correlazione delle galassie e dell’espansione delle supernovae di tipo Ia, è stato possibile risalire all’età approssimativa del nostro universo, pari a circa 13,73±0,12 miliardi di anni. Alla luce di queste recenti scoperte, che hanno rivoluzionato il mondo dell’astrofisica e della cosmologia, viene da porsi alcune domande:

Cosa c’era prima del Big Bang?

È possibile stabilire se il nostro universo sia parte di un modello fisico e cosmologico più complesso, dove oltre al nostro è possibile attestare l’esistenza di altri universi? Esistono prove dell’esistenza di un multiverso, un complesso modello di universi coesistenti previsto da varie teorie, come quella dell’inflazione eterna di Linde o ancora dalla teoria delle stringhe?

Recentemente, Hiranya Peiris e i suoi colleghi dell’University College di Londra hanno pubblicato uno studio sulla rivista scientifica ArXiv che darebbe dimostrazione della fondatezza della teoria del multiverso. Analizzando infatti la radiazione cosmica di fondo (CMBR), Peires e la sua équipe hanno cercato indizi dell’interazione di altri universi con il nostro, prevedendo che tale interazione avrebbe dovuto lasciare dei segni nella radiazione cosmica di fondo. Ai fini di verificare questa teoria, i ricercatori hanno creato un algoritmo che ha analizzato i dati sulla radiazione raccolti dalla sonda WMAP della Nasa, che ha trovato forme e regolarità che potrebbero essere interpretati come un’interazione tra un altro universo e il nostro prima del Big Bang.

I dati emersi da questa ricerca porterebbero a considerare l’esistenza di altri universi, ciascuno nella propria bolla spazio-temporale, generati da una eterna inflazione. Attualmente, ciò che si sta cercando sono le collisioni che questi presunti universi “della bolla accanto” dovrebbero aver avuto con il nostro universo, nonché le tracce dello scontro rilasciate e rintracciabili attraverso il fondo cosmico a microonde.

Le tracce della collisione dovranno essere ricercate in forme discoidali, in quanto tale modello prevedrebbe una forma sferica delle bolle. Alla ricerca di queste tracce di collisione è andato il cosmologo britannico Stephen Feeneym dell’University College di Londra, il quale dopo sette anni di lavoro, grazie al potente algoritmo sulla mappa ottenuta da WMAP, ha trovato quattro feature, potenziali candidate delle impronte delle bolle degli universi.

Ulteriori indicazioni potrebbero arrivare dalle mappe in arrivo dal satellite Planck, costruito per trovare evidenze di come la fisica fondamentale, nell’universo primordiale, possa essere notevolmente più complessa di quanto crediamo, probabilmente riconducibile ad un modello cosmico olofrattografico.

Ancora una volta lasciamo la parola al fisico teorico Michele Nardelli per una analisi più approfondita sul prima del “grande bang”.

Può l’universo generare se stesso?

Adesso tratteremo in maniera scientifico-divulgativa la tesi dei fisici Richard Gott III e Li-Xin Li, inerente la possibilità che l’universo possa essersi creato da sé. Perché ciò divenga possibile, all’inizio del tempo deve esserci esistita una sorta di macchina del tempo naturale, identificata dalla fisica teorica con una “curva del tempo chiusa”, una sorta di anello temporale che gira intorno a se stesso.

Il fisico Li-Xin Li, osservò che in una data geometria ci sono più stati di vuoto tra i quali scegliere. Invece di partire dal vuoto normale, lo studioso era partito da una variante nota come vuoto di Rindler. Il vuoto di Rindler è lo stato di vuoto che viene rivelato da osservatori accelerati. Un astronauta che acceleri nello spazio accendendo i motori del suo razzo in un vuoto normale osserverà, sorprendentemente, dei fotoni.
Questa radiazione termica è detta
radiazione di Unruh, e non la si osserva se non si sta accelerando, ma un astronauta che appunto accelera la vede. Da dove vengono questi fotoni? In effetti la loro energia è presa a prestito dal vuoto normale. Così l’energia che l’astronauta “prende a prestito” dal vuoto fa sì che egli osservi uno stato di vuoto con una densità di energia inferiore a zero: tale stato è noto come vuoto di Rindler. Esso è caratterizzato da densità di energia negativa e pressione negativa.

Ciò controbilancia esattamente la densità di energia positiva e la pressione positiva della radiazione di Unruh che l’astronauta osserva, di modo che la densità totale di energia e la pressione totale sono uguali a zero, come nel normale stato di vuoto visto da un osservatore non accelerato. Il vuoto normale che vediamo noi è uguale al vuoto di Rindler che vede lui più la radiazione di Unruh che egli rivela. Un vuoto di Rindler situato in una regione di viaggio nel tempo determina dunque una densità di energia negativa ed una pressione negativa. Ma poi, siccome lo spaziotempo è avvolto su se stesso nella direzione del tempo, a questo stato si aggiungono una densità di energia ed una pressione positive. Con appropriati valori dei parametri, i due effetti si elidono reciprocamente in modo esatto, producendo un vuoto con densità di energia e pressione nulle, proprio come il vuoto normale. Perché si verifichi questa compensazione esatta, le pareti anteriore e posteriore dello spazio di Misner devono avvicinarsi ad una velocità pari al 99,9993 per cento della velocità della luce. Lo spazio di Misner è uno spaziotempo in cui inizialmente non esiste alcuna macchina del tempo, ma alla fine si apre un’epoca di viaggio nel tempo.

La regione di viaggio nel tempo è separata dalla regione senza viaggio nel tempo da un orizzonte di Cauchy. Si può pensare uno spazio di Misner come una stanza infinita limitata da una parete anteriore ed una posteriore. Noi viviamo tra le due pareti. C’è una porta nella parete anteriore e ce n’è un’altra in quella posteriore. Se usciamo dalla porta anteriore ci ritroviamo immediatamente a rientrare nella stessa stanza dalla porta posteriore. Lo spazio di Misner in realtà è avvolto a forma di cilindro: le pareti anteriore e posteriore sono “incollate insieme”. Nella soluzione di Gott e Li, il vuoto di Rindler arrotolato su se stesso ha densità di energia e pressione nulle in tutto lo spazio di Misner, sia nelle regioni di viaggio nel tempo che in quelle senza viaggio nel tempo, e quindi rappresenta una soluzione esatta delle equazioni di Einstein. Si tratta di una soluzione coerente: la geometria, che prevede il viaggio nel tempo, genera il vuoto quantistico in modo appropriato, e tale stato di vuoto quantistico a sua volta, mediante le equazioni di Einstein, produce la geometria da cui si è partiti. Gott e Li si resero immediatamente conto che la soluzione poteva essere adattata in modo da produrre uno stato coerente per il modello dell’universo primordiale comprendente il viaggio nel tempo su cui stavano lavorando.

Il passo successivo fu il dimostrare che funzionava. La tesi di Gott e Li propone che l’universo non è stato creato dal nulla, ma a partire da “qualcosa” e che quel qualcosa sia l’universo stesso.

Come può verificarsi ciò?

Mediante il viaggio nel tempo: l’universo potrebbe avere una geometria tale da consentirgli di tornare indietro nel tempo e creare se stesso. Potrebbe cioè essere la propria madre. Ciò potrebbe accadere mediante un processo collegato ad una teoria proposta da Andrej Linde e chiamata inflazione caotica. Linde si rese conto che le fluttuazioni quantistiche potrebbero far sì che lo spaziotempo salti in uno stato di più elevata densità di energia del vuoto e di più accentuata inflazione. Secondo Linde, a causa di tali fluttuazioni quantistiche e dei relativi salti nel tasso di inflazione, un universo inflazionario potrebbe generare universi baby così come dal tronco di un albero si dipartono i rami. Ciascun universo baby subirebbe poi l’inflazione fino a raggiungere le dimensioni del “tronco”, e darebbe a sua volta alla luce altri universi baby. Ciò continuerebbe indefinitamente, con universi inflazionari che si dipartono continuamente dai rami più antichi, generando un enorme albero “frattale”. La logica, però, impone di chiedersi come sia nato il “tronco”. Nell’articolo di argomento cosmologico, Gott e Li proponevano che un ramo semplicemente piegasse all’indietro compiendo un giro e diventando il tronco. In epoca avanzata ciascuno di questi universi baby o “trombe” (per la loro forma) in espansione è uno spaziotempo inflazionario di de Sitter. Poiché ognuna di esse ha un inizio (una strozzatura) nel punto di diramazione, ognuna può generare un numero infinito di universi a bolla. Ogni tromba può espandersi indefinitamente senza incontrare le altre. L’universo più a sinistra e quello più a destra non hanno ancora dato origine ad alcun universo baby ma, dato un tempo sufficientemente lungo, lo faranno. Tutti gli universi baby sono stati creati dallo stesso meccanismo di ramificazione. Le leggi della fisica valgono dovunque, e non vi sono singolarità. Quanto all’occhiello temporale alla base, esso rappresenta un universo baby che si è avvolto all’indietro nel tempo diventando il tronco. Nel modello di Gott e Li non c’è un evento che viene prima di tutti gli altri; per ogni evento ce ne sono altri che lo precedono.

Eppure l’universo ha un inizio finito. In particolare, nell’occhiello temporale alla base, ogni evento è preceduto dagli eventi che giacciono nell’occhiello in senso antiorario rispetto ad esso. Supponiamo di vivere nell’universo all’estrema destra, che ammettiamo rappresenti un universo ben lontano dal tronco. Dato un numero infinito di rami, è probabile che viviamo in uno che si sia formato molto tempo dopo il primo universo. Risalendo all’indietro nel tempo, seguiremmo il nostro ramo fino all’universo alla nostra sinistra, quindi raggiungeremmo il tronco del secondo universo da sinistra, per poi arrivare nell’occhiello alla base e girarci dentro all’infinito. Poiché la relatività generale consente geometrie curve, è possibile avere un universo che ha un inizio senza avere un primo evento. Tale universo si è causato da sé. Il modello contiene un orizzonte di Cauchy che separa la regione di viaggio nel tempo dalle regioni successive ove non è consentito alcun viaggio nel tempo. Questo orizzonte gira intorno al tronco subito dopo il punto in cui l’occhiello temporale se ne dirama. Se si vive prima di tale orizzonte, si è nell’occhiello temporale e si può viaggiare localmente verso il futuro procedendo sempre (in senso orario) nell’occhiello fino a tornare al proprio passato. Ma se si vive oltre l’orizzonte, non si può visitare il proprio passato. Se si vive nel futuro del punto in cui si dirama l’occhiello, si procede senz’altro verso il futuro, salendo sempre più lungo l’albero; non si può mai tornare a quell’anello che sta alla base. Una macchina del tempo è in funzione all’inizio dell’universo, ma poi cessa l’attività.

Gran parte della memoria di Gott e Li è dedicata a dimostrare che è possibile trovare uno stato di vuoto quantistico coerente per il modello, in accordo con le equazioni di Einstein. I due fisici riuscirono a trovare una soluzione autocompatibile per il caso in cui l’occhiello temporale aveva una particolare lunghezza: quella che, in frazioni di nanosecondo, è numericamente pari alla circonferenza iniziale della diramazione dello spazio di de Sitter, espressa in frazioni di piede. In questo caso, la densità negativa di energia del vuoto di Rindler e la densità positiva di energia derivante dal suo essere avvolto attorno ad una spira temporale chiusa si elidono esattamente a vicenda, lasciando uno stato di puro vuoto inflazionario con una densità positiva di energia ed una pressione negativa in ogni punto: precisamente ciò che è necessario per produrre la geometria di de Sitter da cui si è partiti. Questo stato di vuoto uniforme non diverge sull’orizzonte di Cauchy né in alcun altro luogo. È una soluzione autocompatibile. Quando la diramazione ha compiuto il giro ed è quindi divenuta il tronco, la sua circonferenza è aumentata di un fattore e^2Pigreco = 535,4916555. Per farsene un’idea intuitiva, immaginiamo un tronco d’albero con una circonferenza di 535 centimetri, da cui si diparta un ramo con la circonferenza di 1 centimetro. Quest’ultimo poi fa il giro e si ingrossa fino a diventare il tronco.

La lunghezza in senso orario dell’occhiello temporale è di circa 5×10^-44 secondi. La densità dello stato di vuoto autocompatibile è prossima alla densità di Planck: 5×10^93 grammi al centimetro cubo. Questa è proprio la densità a cui si calcola che gli effetti della gravità quantistica dovrebbero di certo divenire importanti. A densità così alte e su scale temporali così brevi, le indeterminazioni quantistiche nella geometria diventano critiche. Lo spaziotempo non è più regolare, ma diventa un complicato groviglio spugnoso di spire chiamato schiuma di Planck. Questo effetto dovrebbe rendere più facile la formazione di occhielli temporali come quello proposto da Gott e Li. I due fisici scoprirono inoltre che, se all’unificazione delle forze forti, deboli ed elettromagnetiche è associata una costante cosmologica, allora è possibile un’altra soluzione autocompatibile, con un occhiello temporale lungo circa 10^-36 secondi. In questo caso, la densità è nettamente inferiore a quella di Planck, e quindi gli effetti della gravità quantistica dovrebbero essere trascurabili, e i calcoli dovrebbero essere adeguati così come sono. In entrambi i casi, l’occhiello temporale è straordinariamente breve. Le caratteristiche generali di tale calcolo suggeriscono che una piccola macchina del tempo all’origine dell’universo sia una possibilità estremamente interessante. Tale soluzione sembra anche stabile e ciò è stato confermato dai calcoli eseguiti da P.F. Gonzàlez-Dìaz, che ha verificato la stabilità della soluzione a fronte di tutte le fluttuazioni se l’occhiello temporale è breve, di circa 5×10^-44 secondi. L’idea di Gott e Li che l’universo possa creare se stesso si accorda molto bene con la teoria delle superstringhe, la quale ipotizza che all’inizio tutte le dimensioni spaziali fossero arrotolate e piccole. Nell’occhiello temporale del modello, tutte le dimensioni, compreso il tempo, sono strettamente avvolte su se stesse e piccolissime. L’idea di Gott e Li si combina bene anche con l’inflazione.

Perché l’universo si crei da sé mediante il viaggio nel tempo, esso deve in un’epoca successiva assomigliare a se stesso in un’epoca precedente. L’inflazione lo consente: se si parte da un piccolissimo frammento di vuoto inflazionario, questo si espanderà fino ad occupare un volume enorme, le cui più minute regioni saranno esattamente uguali al frammento da cui si è partiti. Se una di esse risulta essere proprio il frammento da cui si è partiti, l’universo è effettivamente la propria madre. Qualcosa di eccezionale è accaduto all’origine dell’universo: forse era questo. L'intera regione all'interno dell'occhiello temporale è fredda, trovandosi alla temperatura dello zero assoluto. Si tratta di uno stato altamente ordinato, con una bassa entropia. L'occhiello temporale è “pieno” di uno stato di vuoto inflazionario puro a temperatura zero. Non ci sono né particelle né radiazione. D'altra parte, una volta oltrepassato l'orizzonte di Cauchy, nelle diramazioni che seguono l'occhiello temporale, si trova che l'universo è caldissimo. Passare dal freddo al caldo rappresenta un aumento del disordine. Quindi nel modello di Gott e Li c'è una “freccia del tempo entropica” (più disordine in epoche successive) che agisce parallelamente alla “freccia del tempo elettromagnetica”. Siccome l'universo nell’occhiello temporale inizia automaticamente in uno stato di bassa entropia, il disordine dovrebbe diffondersi in modo naturale da lì, e ciò spiegherebbe il motivo per cui attualmente il disordine aumenti con il tempo.

L'occhiello temporale è una regione in cui la curvatura dello spazio-tempo è elevatissima. Sappiamo che la gravità, secondo la relatività generale di Einstein, è definita come curvatura dello spazio-tempo. Il “quanto” della gravità è il gravitone che, in termini di teoria delle stringhe, è rappresentato da una stringa chiusa ad anello (il gravitone è l'unica particella “libera” di attraversare le varie dimensioni del multiverso, e forse è questa la spiegazione della sua “debole” carica pur essendo la gravità la forza più fondamentale ed onnipresente nell'universo). Ma il gravitone è un bosone, quindi anche questo modello di universo analizzato può essere connesso alla formula di Palumbo-Nardelli1:

Nel caso in esame, nel membro di sinistra vi è l’azione di stringa bosonica, quindi l’energia dell'occhiello temporale, mentre nel membro di destra vi è l’azione di superstringa contenente i fermioni, quindi la materia, la massa che è stata originata dal vuoto inflazionario dell'occhiello temporale che altro non è che una stringa bosonica chiusa a forma di un minuscolo “ellissoide aureo” schiacciato ai poli (anche nella forma della stringa bosonica rappresentata dal gravitone, è presente il rapporto aureo 1,61803398…) che quindi “vibrando” origina la particella quantistica nota come gravitone.

 Tratto dal libro Godman, l’universo olografico

di Alessio e Alessandro De Angelis

con collaborazione e prefazione di

Michele Nardelli, fisico e matematico

GODMAN - L'Universo Olografico - Libro

1 L’equazione, una delle possibili formule risolutive della teoria delle stringhe, è riportata e descritta nel libro.

2 Per chi fosse interessato ad una lettura specialistica, qui di seguito i links del lavoro del Nardelli: “On the Boltzmann Equation applied in various sectors of String Theory and the Black Hole Entropy in Canonical Quantum Gravity and Superstring Theory”: http://xoomer.virgilio.it/stringtheory/NardBoria2.pdf

[link=http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.8224]PRIMA PARTE [/link]
[link=http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.8299]TERZA PARTE [/link]

Godman, l’universo olografico parte II – prima del Big Bang? ultima modifica: 2012-12-08T16:48:40+00:00 da pasgal
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Pasquale Galasso, editore di Altrogiornale.org - Credo in un'esistenza vera, non limitata al solo mondo materiale. Una scoperta continua volta a raggiungere l'Uno in tutto. Ogni sensazione, sentimento, emozione... fornisce un nuovo insegnamento. Viviamo in un corpo fisico ma la nostra anima è storica.