L'universo ha iniziato la sua vita cosmica con il big bang
circa quattordici miliardi di anni fa,
e da allora non ha smesso di espandersi.
Ma in che cosa si sta espandendo?
Questa è una domanda complicata.
Ecco perché:
la teoria della relatività generale di Einstein
descrive lo spazio e il tempo come un tessuto interconnesso dell'universo
Ciò significa che quello che noi conosciamo come spazio e tempo
esiste solo come parte dell'universo e non oltre.
Ora, quando gli oggetti quotidiani si espandono,
si muovono verso uno spazio maggiore.
Ma se non c'è spazio in cui espandersi,
che cosa vuol veramente dire espandersi?
Nel 1929, le osservazioni astronomiche di Edwin Hubble
ci diedero una risposta definitiva.
Esaminando il cielo notturno, ha scoperto che le galassie lontane
retrocedono, cioè si allontanano dalla Terra.
Inoltre, più è lontana la galassia, più velocemente retrocede.
Come lo possiamo interpretare?
Pensiamo a una pagnotta di pane all'uvetta che cresce nel forno.
L'impasto cresce in maniera omogenea in mezzo a ogni uvetta.
Se pensiamo all'uvetta come a un sostituto per le galassie,
e l'impasto allo spazio tra di loro,
possiamo immaginare che l'allungamento o l'espansione
dello spazio intergalattico allontana le galassie una dall'altra,
e per ogni galassia, quelle più lontane arretreranno di una distanza maggiore
rispetto a quelle più vicine
nello stesso periodo di tempo.
Quindi, le equazioni della relatività generale prevedono
un tiro alla fune cosmico tra la gravità e l'espansione.
È solo nel vuoto oscuro tra le galassie che l'espansione ha la meglio,
e lo spazio si allunga.
Questa è la nostra risposta.
L'universo si espande su se stesso.
Detto ciò, i cosmologi stanno spingendo i limiti dei modelli matematici
per speculare su cosa, semmai, esiste oltre il nostro spazio-tempo.
Questi non sono supposizioni casuali, ma ipotesi
che affrontano le imperfezioni della teoria scientifica del Big Bang.
Il Big Bang prevede una distribuzione uniforme della materia nell'universo,
come un gas rarefatto,
ma allora, come sarebbero nate le galassie e le stelle?
Il modello inflazionario descrive una breve fase
di espansione estremamente rapida,
legata alle fluttuazioni quantistiche nell'energia agli inizi dell'universo,
fino alla formazione di agglomerati di gas che col tempo sono diventati galassie.
Se accettiamo questo paradigma, ciò implica che il nostro universo rappresenta
una regione in una realtà cosmica più grande in continua, eterna espansione.
Non sappiamo nulla di questa realtà speculativa in espansione,
a parte la previsione matematica che questa espansione continua
possa essere causata da uno stato di energia quantistica instabile.
In molte zone, però, l'energia può essersi addensata casualmente
in uno stato stabile, fermando l'espansione e formando bolle di universo.
Ogni bolla di universo, come la nostra,
può essere spiegata dal proprio Big Bang e dalle proprie leggi fisiche.
Il nostro universo farebbe parte di un multiverso più grande,
in cui il fantastico tasso di eterna espansione rende impossibile
l'incontro con un universo vicino.
Il Big Bang prevede anche che, in quell'iniziale universo caldo,
le nostre forze fondamentali possano essersi unite in una super forza.
La teoria matematica delle stringhe propone una spiegazione di questa unione,
in aggiunta alla struttura fondamentale di quark subatomici e degli elettroni.
Nei modelli proposti, le corde vibranti sono mattoni che costituiscono l'universo.
I modelli delle stringhe in competizione
sono stati unificati in un'unica definizione,
e si suggerisce che queste strutture possano interagire
con superfici di grandissima dimensione chiamate brane.
Il nostro universo può essere contenuto in una di queste brane,
mentre fluttua in una dimensione superiore sconosciuta,
scherzosamente chiamata "l'ammasso", o iperspazio.
Altre brane, contenenti vari universi, potrebbero coesistere nell'iperspazio,
e brane vicine potrebbero condividere alcune forze fondamentali come la gravità.
Sia l'espansione eterna sia le brane descrivono un multiverso,
ma mentre gli universi in eterna espansione sono isolati,
gli universi di brane possono collidere l'uno contro l'altro.
Potrebbe esserci un'eco di tale collisione nello sfondo cosmico di microonde,
un mix di radiazioni nel nostro universo, reliquia dell'era del Big Bang.
Fino ad ora, però, non abbiamo trovato nessun'eco cosmico.
Alcuni sospettano che queste varie ipotesi sul multiverso
possono alla fine fondersi in una descrizione unica
o essere sostituite da qualcos'altro.
Per ora, sono ricerche speculative di modelli matematici.
Mentre questi modelli sono ispirati e guidati da molti esperimenti scientifici,
sono pochi gli esperimenti oggettivi per testarli direttamente, per ora.
Mentre aspettiamo l'arrivo del prossimo Edwin Hubble,
gli scienziati si troveranno a discutere l'eleganza dei loro modelli concorrenti,
e continueranno a immaginare, casomai, che cosa c'è oltre il nostro universo.