La matematica dell'eternità dimostra che l'universo deve aver avuto un inizio

Il Big Bang è diventato parte della cultura popolare da quando la frase è stata coniata dal fisico anticonformista Fred Hoyle negli anni '40. Non è sorprendente per un evento che rappresenta la nascita definitiva di tutto.

Tuttavia, Hoyle preferiva di gran lunga un diverso modello di cosmo: un universo in stato stazionario senza inizio né fine, che si estende all'infinito nel passato e nel futuro. Quell'idea non è mai veramente decollata.

Negli ultimi anni, tuttavia, i cosmologi hanno iniziato a studiare una serie di nuove idee che hanno proprietà simili. Curiosamente, queste idee non sono necessariamente in contrasto con la nozione di Big Bang.

Ad esempio, un'idea è che l'universo sia ciclico con big bang seguiti da big crunch seguiti da big bang in un ciclo infinito.

Un altro è la nozione di inflazione eterna in cui diverse parti dell'universo si espandono e si contraggono a velocità diverse. Queste regioni possono essere pensate come diversi universi in un gigantesco multiverso.

Quindi, sebbene sembriamo vivere in un cosmo in espansione, altri universi potrebbero essere molto diversi. E mentre il nostro universo può sembrare che abbia un inizio, il multiverso non ha bisogno di avere un inizio.

Poi c'è l'idea di un universo emergente che esiste come una specie di seme per l'eternità e poi si espande improvvisamente.

Quindi queste cosmologie moderne suggeriscono che l'evidenza osservativa di un universo in espansione è coerente con un cosmo senza inizio né fine. Potrebbe essere impostato per cambiare.

Oggi, Audrey Mithani e Alexander Vilenkin della Tufts University in Massachusetts affermano che questi modelli sono matematicamente incompatibili con un passato eterno. In effetti, la loro analisi suggerisce che anche questi tre modelli dell'universo devono aver avuto un inizio.

Il loro argomento si concentra sulle proprietà matematiche dell'eternità: un universo senza inizio né fine. Un tale universo deve contenere traiettorie che si estendono all'infinito nel passato.

Tuttavia, Mithani e Vilenkin indicano una prova risalente al 2003 che questo tipo di traiettorie passate non possono essere infinite se fanno parte di un universo che si espande in un modo specifico.

Proseguono mostrando che universi ciclici e universi di inflazione eterna si espandono entrambi in questo modo. Quindi non possono essere eterni nel passato e quindi devono aver avuto un inizio. Sebbene l'inflazione possa essere eterna in futuro, non può essere estesa indefinitamente al passato, dicono.

Trattano il modello emergente dell'universo in modo diverso, dimostrando che sebbene possa sembrare stabile da un punto di vista classico, è instabile da un punto di vista della meccanica quantistica. Un semplice modello di universo emergente... non può sfuggire al collasso quantistico, dicono.

La conclusione è inevitabile. Nessuno di questi scenari può effettivamente essere eterno, affermano Mithani e Vilenkin.

Poiché l'evidenza osservativa è che il nostro universo si sta espandendo, allora deve anche essere nato in passato. Una conclusione profonda (anche se la stessa che ha portato all'idea del big bang in primo luogo).

Rif: arxiv.org/abs/1204.4658 : L'universo ha avuto un inizio?

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