L'evoluzione dell'Universo

Qual è il meccanismo che ha permesso l'evoluzione dell'Universo al momento del big bang? Se il tempo nasce con l'Universo e se rallenta in presenza di una massa fino a fermarsi a fronte di una massa infinita come quella dell'Universo iniziale, come ha potuto l'Universo espandersi con il tempo fermo?

Bruno Berti
12 marzo 2002
Le osservazioni astronomiche indicano, in modo sempre più convincente, che il nostro Universo si è evoluto da una fase di grande densità e pressione e di alta temperatura e ciò implica, per mera estrapolazione, l'esistenza di un'"origine" che noi denotiamo, in modo suggestivo, come big bang.

L'immagine più antica dell'Universo, a circa 500 000 anni dalla sua nascita, ci viene fornita dalla radiazione cosmica di fondo, cioè il calore residuo dell'Universo nel suo insieme che segue il raffreddamento causato dall'espansione adiabatica dello stesso.
Ciò che si osserva sono piccole ma significative fluttuazioni di temperatura che tradiscono la presenza di fluttuazioni di densità e queste sono intese come i germi di ciò che saranno molto più tardi le strutture cosmiche, quali stelle e galassie. L'evoluzione dell'Universo quindi si accompagna a tutti quei processi fisici che sono sensibili alla temperatura, alla densità e alla pressione dell'ambiente in cui hanno luogo.

L'Universo quindi si raffredda e si diluisce perché si espande; allora la domanda è: "Perché si espande?".
Ci deve essere un "motore" che causa questo fenomeno e che deve comunque averlo innescato in un certo momento nel passato. Forse non sappiamo ancora rispondere a questa domanda in modo soddisfacente dal punto di vista scientifico, ma siamo vicini a essere in grado di farlo. Capire le ragioni scientifiche dell'origine dell'Universo permetterà anche di capire l'origine dei concetti di spazio e tempo che saranno la manifestazione delle relazioni fra le componenti che intervengono in ogni processo fisico, e nel caso dell'Universo, tra i suoi stessi costituenti. È chiaro quindi che sarà l'espansione dell'Universo a definire i concetti di spazio e tempo e non quest'ultimi a definire o regolare l'espansione. Il motore primordiale, se esiste, è il responsabile dei cambiamenti e sono questi ultimi a permettere di definire la nozione di tempo e non il viceversa.

Infine, non ha senso parlare di "tempo curvo in presenza di grandi masse"ma solo di diversa rapidità di scorrimento del tempo relativamente a diversi sistemi di riferimento o osservatori preventivamente ben definiti. Inoltre, quando si parla di tempo, come nella breve discussione di cui sopra, si intende il tempo fisicamente percepibile dai cambiamenti fisici dell'ambiente in cui si opera e non come tempo coordinato. Quest'ultimo è solo una rappresentazione fittizia degli eventi fisici, come fosse un'etichetta che assegna un nome a ogni punto, ma non è il tempo sperimentato da un osservatore fisico.
La teoria corrente esclude che esistano osservatori fisici per i quali il tempo fisico non esista (o come si dice nella domanda non scorra) pertanto non ha alcun senso affermare che all'origine dell'Universo il tempo è fermo, non solo perché semplicemente non esiste ancora, ma anche perché non è definibile rispetto a chi riferire il suo scorrimento.

Fernando De Felice Dipartimento di Fisica, Università di Padova

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