Il tempo prima del Big-Bang

Uno dei misteri più affascinanti della moderna cosmologia  è quello di capire se l'Universo  sia stato caratterizzato da uno stato fisico prima del Big-Bang . Di solito, si dice che il Big-Bang è stato l'inizio del tutto ma, come afferma il cosmologo e teorico Sean Carroll , la risposta è che non lo sappiamo. Carroll ha introdotto nuove ipotesi che considerano l'esistenza del tempo anche prima del Big-Bang, presentando teorie alternative su come si è originato l'Universo.  

"Questa è un'epoca molto interessante per i cosmologi", dice Carroll, "è una sorta di età dell'oro per l'astronomia ma purtroppo il modello del Big-Bang su cui si basa la cosmologia standard non ha molto senso". In realtà dobbiamo considerare il fatto che quasi il 96% di cui è fatto l'Universo rimane ancora un mistero al punto che sono stati introdotti termini quali materia scura  ed energia scura  proprio per significare l'ignoranza da parte degli scienziati su questi problemi. Un'altra sorpresa deriva dai dati del satellite WMAP  (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) che ha esplorato il cielo per realizzare, con maggiori dettagli, una mappa della radiazione cosmica di fondo , l'eco della grande esplosione iniziale. "Quando si analizzano i dati di WMAP", dice ancora Carroll, "si trova che l'Universo primordiale appare caldo, denso, con stati di bassa entropia e non sappiamo con precisione perché sia così, è un pò come dire che il nostro Universo non ha un aspetto naturale. Ma la cosa sorprendente e certamente singolare", continua Carroll, "è che ciò che accade nell'Universo sembra andare in una determinata direzione, dal passato al futuro. Questo dato di fatto viene chiamato dai cosmologi freccia del tempo e deriva dalla seconda legge della termodinamica  che ha a che fare con l'entropia." La seconda legge della termodinamica afferma che i sistemi chiusi, invariabilmente, passano da uno stato di ordine a uno di disordine al trascorrere del tempo, e questa legge è fondamentale per tutti i processi fisici. Infatti, una delle grandi domande della cosmologia è quella di capire come mai le condizioni iniziali dell'Universo siano state caratterizzate da uno stato di bassa entropia? Carroll afferma che proprio questo stato di bassa entropia in prossimità del Big-Bang è responsabile di ogni processo fisico successivo riguardante la freccia del tempo, la vita e la morte e la memoria. Insomma, gli eventi accadono con una determinata sequenza e non possono essere invertiti. "Ogni volta che si rompe una tazzina di caffè o si spacca un bicchiere di vetro, si fa cosmologia osservativa", dice Carroll.  

Dunque per rispondere alle domande che riguardano l'origine dell'Universo e la freccia del tempo, dobbiamo prendere in considerazione lo stato fisico dell'Universo prima del Big-Bang. "Vogliamo una storia dell'Universo che abbia senso", dice Carroll, "perché quando incontriamo delle cose che appaiono sorprendenti quello che facciamo è andare a svelare il meccanismo che si cela al di sotto dei processi fisici che poi ci fa comprendere come realmente funzionano le cose". Di fatto, le attuali teorie non ci permettono di risolvere il mistero dello stato di bassa entropia. Ad esempio, la teoria della relatività generale  ci dice che l'Universo si è originato con una singolarità iniziale e non può dimostrare niente se non dopo il Big-Bang. Il modello inflazionario , che introduce l'ipotesi secondo la quale l'Universo abbia attraversato una fase di rapida espansione esponenziale subito dopo il Big-Bang, non ci è d'aiuto perché peggiora il problema dell'entropia. Anche se esistono modelli alternativi, Carroll sembra favorire l'idea del multiverso  che dà luogo alla formazione continua di tanti "piccoli" universi. "Il nostro Universo potrebbe non essere il solo che esista perciò se facciamo parte di un multiverso più grande l'entropia totale sarà data dalla somma di quelle che verranno prodotte attraverso la creazione di tanti universi come il nostro".

Infine, sempre analizzando i dati di WMAP, Carroll afferma che l'Universo sembra essere dotato di una sorta di "impronta digitale" lasciata dalla formazione di fluttuazioni quantistiche  nella radiazione cosmica di fondo. In altre parole, le fluttuazioni sembrano avere una intensità dell'ordine del 10% più forte in una parte del cielo che in un'altra, forse un segnale della produzione di nuovi universi?