L'Universo ciclico

Dalla lettura di documentazione sulla teoria delle stringhe deriva come conseguenza l'idea di un Universo ciclico nato precedentemente al Big Bang dal vuoto perturbativo di stringa e di cui il Big Bang (cioè il modello tradizionale) sarebbe un momento intermedio. Mi sembra un voler fare quadrare il cerchio a tutti i costi riunificando varie teorie. Allora la data di nascita dell'Universo potrebbe essere spostata all'indietro a 30 miliardi di anni fa, per esempio?
30 novembre 2004
Dipende cosa si intende per "data di nascita dell'Universo". Se ci si riferisce all'origine dello spazio-tempo e delle interazioni tra i campi fondamentali della Natura, allora tale data potrebbe essere spostata all'indietro nel tempo forse anche oltre i trenta miliardi di anni o addirittura allontanata a distanza temporale infinita dall'epoca attuale. Il forse è d'obbligo, per un fisico, perchè non ci sono, per ora, indicazioni sperimentali precise al riguardo. Tale possibilità è però contemplata da tutti i modelli cosmologici non-singolari (inclusi, ma non solo e non necessariamente, quelli ispirati dalle teorie di stringa), nei quali la coordinata temporale detta "tempo cosmico" si estende da meno infinito a più infinito senza punti singolari e/o discontinui.

Se ci si riferisce invece alla nascita dell'Universo nella sua forma attuale, con la componente di materia relativistica (la radiazione) ben separata da quella non-relativistica, e con quest'ultima condensata in una gerarchia di strutture gravitazionalmente legate (stelle, galassie, ammassi di galassie), allora esistono indicazioni sperimentali precise che suggeriscono di collocare tale data a una distanza temporale di circa dieci-quindici miliardi di anni dall'epoca attuale.

È forse opportuno sottolineare, in questo contesto, che la perifrasi "eta' dell'Universo" spesso usato nella letteratura cosmologica, anche specialistica, non va intesa troppo alla lettera come misura della reale e assoluta data di nascita dell'Universo. Quello che si intende precisamente è il valore numerico di un parametro temporale che viene calcolato integrando le equazioni di Einstein per la fase cosmologica attuale ed estrapolando tale integrazione fino a valori di red-shift infiniti (o, in altri termini, fino a valori arbitrariamente piccoli del fattore di scala che descrive l'espansione dell'Universo attuale). Il parametro temporale così ottenuto rappresenta propriamente il tempo di evoluzione tipico per un universo che, secondo il modello standard, contiene materia e radiazione come componenti fondamentali, con densità relative pari a quelle attualmente osservate.
Grosso modo, tale parametro ci dà anche l'intervallo temporale che separa la nostra epoca dalla singolarità iniziale (o big bang) inevitabilmente presente all'inizio della fase standard dominata dalla radiazione.

Il valore di questo parametro temporale relativo all'evoluzione dell'Universo attuale (le ultime stime danno circa quattordici miliardi di anni) è lo stesso sia nei modelli cosmologici standard che in quelli ispirati dalle teorie di stringa. La differenza sta nel fatto che i modelli standard non possono dirci nulla sull'evoluzione cosmica a epoche più distanti da noi nel tempo di quanto specificato dal valore di tale parametro, non potendo estendere una valida descrizione causale al di là della barriera spazio-temporale rappresentata dalla singolarità iniziale. Per alcuni modelli di stringa tale singolarità può essere invece rimossa e diventa quindi possibile investigare la dinamica cosmica anche in epoche molto più remote.
Questo non cambia, ovviamente, i tempi e le durate tipiche dei processi cosmologici avvenuti in epoche relativamente più vicine e ben descritti nell'ambito dei modelli standard. Suggerisce però che la storia dell'Universo potrebbe essere molto più lunga e complessa di quanto ci eravamo finora abituati a pensare sulla base della cosmologia standard.

Concludo con un'osservazione che riguarda l'Universo ciclico menzionato nella domanda. Un modello cosmologico di tipo ciclico è certamente concepibile e consistente, però non è necessariamente una conseguenza della teoria delle stringhe, contrariamente a quanto affermato nella domanda. La teoria delle stringhe suggerisce semplicemente che la fase di espansione decelerata, tendente al vuoto e allo spazio piatto, tipica della cosmologia standard, potrebbe essere completata da una precedente fase di stringa duale e temporalmente simmetrica, che descrive espansione accelerata partendo dal vuoto e dallo spazio piatto. Non c'è però nessuna indicazione (perlomeno attualmente) sul fatto che questo decadimento del vuoto che produce il nostro Universo sia un processo ciclico, ossia che la nostra fase standard sia poi seguita da una fase di stringa che produce un'altra fase standard, e poi da un'altra fase di stringa e cosi' via.

Maurizio Gasperini Dipartimento di Fisica, Università di Bari

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