Universo/Big Bang

Il Big Bang è forse uno degli argomenti più conosciuti. Come e perché avvenne? Quando avvenne? Questi sono tre interrogativi che ci proporremo di risolvere.

Come&perché

Non si sa come e perché avvenne, sappiamo però, più o meno, quello che accadde successivamente allo scoppio. Si pensa che, inizialmente, tutta la materia dell'universo (ricordiamoci che "nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma") era compattata in un uno spazio minuscolo; per qualche motivo questa materia esplose, facendo così iniziare la "vita" dell'universo.

Come&quando

Ere dell'universo

Il tempo, che inizia con la nascita dell'universo, fu studiato e diviso in ere, che possono durare da meno della millesima parte del secondo fino a migliaia di anni.

Era di Planck

Nell'era di Planck nessuna delle attuali teorie fisiche può descrivere cosa sia accaduto, e ci sono diverse teorie su cosa accadde. In questa era le quattro forze fondamentali – elettromagnetica, nucleare debole, nucleare forte e gravità – hanno la stessa intensità, e sono, forse, unificate in una sola forza fondamentale.

La "teoria della relatività generale" di Einstein prevede che l'universo abbia avuto inizio con una singolarità gravitazionale, caratterizzata da valori infiniti di temperatura e densità, un punto adimensionale, come prima dicevamo. In tutte le applicazioni della matematica a problemi fisici il verificarsi di una singolarità matematica identifica regioni del dominio in cui la teoria fisica perde di validità per il presentarsi di fenomeni aggiuntivi non più trascurabili; in questo caso, come detto sopra, i fenomeni gravitazionali sono alterati dagli effetti quantistici. I fisici sperano che le teorie della gravità quantistica, come la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop portino ad una migliore comprensione di questa fase.

Era di grande unificazione

Durante questa era pre-inflazionaria, iniziata 1 decimiliardesimo di miliardesimo di yoctosecondo (10^-43 secondi) dopo il Big Bang, di cui non si conosce né temperatura, probabilmente altissima, né diametro dell'universo, le forze fondamentali, eccetto la gravità, erano unite in una sola "superforza" costituita dalla forza elettromagnetica e dalle forze nucleari debole e forte.

Era dell'inflazione

Nell'era dell'inflazione, avvenuta 1 centimiliardesimo di yoctosecondo (10^-35 secondi) dopo il Big Bang, a una temperatura di 10²⁷K (un miliardo di miliardi °C), le oscillazioni dell'inflatone diedero origine ad una rapida ma drastica espansione dell'Universo, espandendolo a 10^-26 metri. L'energia sotto forma di radiazione liberata da questo particolare campo di Higgs diede origine a coppie particella-antiparticella, che si annichilirono istantaneamente. Una fluttuazione quantistica, tuttavia, potrebbe aver portato ad un leggero eccesso di particelle rispetto alle antiparticelle, eccesso responsabile della materia presente nell'Universo attuale.

Era elettro-debole

In quest'era, un centimilionesimo di yoctosecondo (10^-32 secondi) dopo il Big Bang, alla temperatura di 10²⁷K il campo di Higgs forte aveva già separato l'interazione forte da quella elettrodebole, determinando la formazione di gluoni e di coppie quark-antiquark dalla radiazione liberatasi in seguito all'inflazione. Si ipotizza che i bosoni X e Y (se mai sono esistiti) siano comparsi in questa era. L'universo, per l'inflazione, si espande fino a 10 metri.

Verso la fine di quest'era le condizioni sono notevolmente cambiate, perché, dopo 1 nanosecondo (10^-9secondi) il Big Bang, la temperatura è scesa a 10¹⁵K (un milione di miliardi °C), l'universo si è espanso a 10¹² metri (un miliardo di chilometri). La fine di questa era, durata circa 10^-27 secondi, fu caratterizzata dalla separazione della forza elettrodebole in interazione debole ed elettromagnetica, fenomeno determinato dalle oscillazioni del campo di Higgs elettrodebole.