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0219. È corretto parlare di istante '0'?

espertomini

È corretto parlare di istante '0'? Tempo e spazio sono proprietà universali o relative a certe sole condizioni particolari? Quale teoria sembra più attendibile riguardo l'universo considerando quella stazionaria e quella inflazionistica? (Tommaso Bertolotti) (2075)



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Ho separato la domanda in due parti che mi sembrano concettualmente distinte.

(a)

Spazio e tempo sono due parole che assumono significato diverso, o almeno vengono interpretate in maniera diversa, a seconda del contesto in cui se ne parla. Tralasciando Religione e Filosofia, ci sono differenze anche se passiamo dalla Fisica classica di Newton icona_biografia a quella di Einstein icona_biografia, e da questa alla Fisica Quantistica. Poiché la domanda riguarda l'evoluzione dell'universo, e poiché oggi la descrizione più consistente dell'evoluzione globale dell'universo è data dalla Relatività Generale icona_glossario , mi limito a tale contesto. Le equazioni di Einstein, che ci dicono come funziona la gravità almeno su scala macroscopica, sono naturalmente scritte in uno spazio-tempo icona_glossario a 4 dimensioni, dove il tempo è una coordinata come le tre spaziali . In questo senso l'unica differenza tra spazio e tempo è il vincolo dato dal principio di causalità, che non permette di viaggiare indietro nel tempo, e che determina l'esistenza di un "cono luce" che definisce la regione di spazio-tempo connessa causalmente con un osservatore arbitrario. Possiamo allora dire che in Relatività Generale tempo e spazio sono utilizzati come concetti primitivi, come coordinate appunto, e non si indaga sul loro significato, anche se poi la Relatività può portare ad apparenti paradossi (es. quello dei gemelli icona_esperto[9]). Tuttavia, la Relatività di per sé non implica l'esistenza di un tempo 0, così come non necessita di uno spazio 0. Però, tra le possibili infinite soluzioni delle equazioni di Einstein, quella che sembra meglio descrivere l'universo osservato è il cosiddetto modello di Big Bang caldo. Questo modello ci dice che l'universo è in espansione, e andando indietro nel tempo questo ci porta forzatamente ad un istante in cui la densità di materia ed energia dell'universo erano formalmente infinite. Siccome la Relatività non può descrivere tale condizione fisica (ma si ferma una frazione di secondo dopo), il tempo 0 va interpretato più correttamente come un limite di applicabilità del modello del Big Bang e non come l'istante in cui fisicamente inizia il tempo. D'altra parte, è lecito chiedersi quali sia il significato di tempo e di spazio in condizioni così estreme come quelle dell'universo prossimo al Big Bang icona_glossario . La risposta esula dalle competenze della Relatività Generale, e richiede una teoria che possa descrivere tali istanti. Questa teoria è la Gravità Quantistica icona_glossario , che purtroppo non è sufficientemente sviluppata per poter rispondere icona_esperto[135] .

(b)

Il modello dello stato stazionario è morto (almeno per il 99,9 per cento degli scienziati) con la scoperta del fondo cosmico di Microonde fatta già nel 1965. Da allora questo modello riveste solo un significato storico. La sua alternativa non è il modello inflazionario (e non "inflazionistico"), ma è appunto il modello del Big Bang, che è risultato vincente nell'interpretazione dei dati osservati negli ultimi 40 anni. Il Big Bang da solo ha però dei problemi (problema della piattezza e problema dell'orizzonte cosmologico innanzitutto), e per risolvere questi problemi è stata inventata l'inflazione icona_esperto[116], che va aggiunta al modello di Big Bang, e non si sostituisce ad esso. [Nel gergo dei programmatori, il Big Bang è un programma con dei bachi, e l'inflazione è un patch che li corregge.]

Giuseppe Tormen – Astrofisico


 

 
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