0411. Il postulato di Lavoisier è valido nei momenti precedenti al Big Bang ?

a lavoisier sxtIl postulato di Lavoisier, che è il seguente: «Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma » è valido anche nei momenti precedenti al Big Bang, ossia la materia e le forze sono apparse cosi all'improvviso oppure erano già presenti per poi confluire in un unico punto e proseguire nell'azione che poi porterà all'espansione? Andrea De Santi

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Il principio di Lavoisier icona_minibiografia menzionato dalla domanda corrisponde, nella fisica moderna , alla legge di conservazione icona_glossario dell'energia totale. Questa è una delle poche leggi di conservazione (come la conservazione della carica elettrica totale e del momento angolare totaleicona_glossario) a cui la Natura sembra obbedire in modo rigorosamente esatto. Non è nota attualmente alcuna possibilità di violare tale legge di conservazione, che si applica a tutti i processi fisici e dunque anche alla cosmologia e alla dinamica dell'Universo primordiale icona_esperto[349] icona_esperto[191] .

Per quel che riguarda i "momenti precedenti al Big Bang", però, la domanda è ambigua. Cosa si intende con "Big Bang"? Se si intende la singolarità iniziale prevista dal modello cosmologico standard, ossia lo stato di infinita densità, infinita curvatura, infinita temperatura, che rappresenta l'inizio del tempo e che delimita il bordo invalicabile dello spazio accessibile alla nostra esplorazione, allora è chiaro che non possiamo neanche chiederci se la legge di Lavoisier è valida "nei momenti precedenti al Big Bang". Tali momenti semplicemente non esistono, non esiste un Universo precedente al Big Bang, ed è impossibile applicare le leggi fisiche oltre quel limite dato. 

Se con "Big Bang" si intende, invece, uno stato primordiale esplosivo caratterizzato da densità, curvatura e temperatura elevatissime ma non infinite, che ha segnato l'inizio della fase di espansione cosmologica, e che ha prodotto le forme di materia ed energia che attualmente osserviamo, allora la domanda è ben posta, in quanto questa esplosione primordiale può essere preceduta nel tempo da una lunga fase preparatoria. 

In questo caso non sappiamo bene, attualmente, in quale stato si poteva trovare l'Universo nei momenti precedenti al Big Bang (forse era in contrazione, oppure era pressochè statico), e quali erano le forme di energia e le forze dominanti (forse la gravità, o forse qualche campo di forze cosmico che oggi è troppo debole per essere rivelato, o forse qualche particella troppo pesante da essere prodotta dai nostri acceleratori).  Ci sono al momento varie ipotesi e vari modelli che aspettano di essere confermati (o contraddetti) dalle future osservazioni. In ogni caso, però, ci aspettiamo che anche nella fase precedente al Big Bang rimangano valide le leggi fisiche note, tra cui, in particolare, la legge di conservazione dell'energia totale (o principio di Lavoisier).

 

Maurizio Gasperini, fisico

ultimo aggiornamento marzo 2014

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