L’origine dell’universo

Circa 13,8 miliardi di anni fa, all’improvviso, dal nulla, spontaneamente e in modo completo, si originò l’universo. Questo evento segna l’inizio dei tempi: l’istante t₀ = 0. 
L’universo appena nato era concentrato in uno “stato” caldissimo e super denso – al limite teorico della cosiddetta densità di Planck pari a 5 × 10⁹³  g/cm³ – al quale è stato dato il nome di singolarità. Per semplicità, possiamo immaginare l’universo appena nato come una sfera di fuoco, che nell’istante t₀ ha cominciato a dilatarsi e raffreddarsi, passando da dimensioni infinitesime a quelle di un atomo, poi a quelle di una palla da calcio e subito dopo a dimensioni astronomiche.
Questo processo si chiama inflazione e avvenne tra i 10^-36 e 10^-32 secondi dopo t₀. Da esso si sono sviluppate tutte le strutture che oggi conosciamo: galassie, stelle, pianeti e persino il DNA che regola i nostri geni. Quello che accadde ancora prima, circa 10^-43secondi (tempo di Planck) dall’inizio dei tempi, non ci è possibile conoscerlo senza violare le leggi della relatività di Einstein e quelle della meccanica quantistica.

Come facciamo a sapere tutto questo?

È una teoria: la teoria del Big Bang. Che pur nei suoi limiti è dotata di qualche misura abbastanza precisa, come l’età dell’universo.
Nel 1964, infatti, i due radio-astronomi americani Arno Penzias e Robert Wilson, rilevarono casualmente l’oggetto più antico del cosmo: la cosiddetta radiazione cosmica di fondo. Il debole riflesso del fuoco iniziale che oggi si presenta sotto forma di microonde – le stesse del forno o del telefono cellulare – ma che inizialmente erano fotoni ad alta energia.
Un rilevamento fondamentale, che consente anche di assegnare una temperatura all’universo più remoto: circa 2,725 K (Kelvin), pari a -270,425 °C. Testimonianza del raffreddamento e dell’idea che tutto ciò che esiste oggi, fino alla fine dei tempi, deriva dall’evoluzione di un istante iniziale. 

Che cosa accadrà alla fine dei tempi?

Nessuno lo sa con certezza.
Ci sono teorie dell’universo iperbolico, aperto, destinato a espandersi fin quando tutte le sue strutture si allontaneranno al punto di cessare di interagire.

Oppure dell’universo ellittico, chiuso, la cui espansione a un certo punto rallenterebbe e si invertirebbe, contraendo tali strutture per forza di gravità fino a uno stato speculare a t₀. Questo avvenimento si chiamerebbe Big Crunch, in contrapposizione al Big Bang iniziale. 

Tuttavia, le osservazioni cosmologiche più recenti condotte dal consorzio Planck Collaboration dell’Agenzia Spaziale Europea, suggeriscono che l’universo sia aperto e quasi piatto, caratterizzato da un’espansione continua e accelerata, probabilmente guidata da una componente ancora misteriosa chiamata energia oscura.

Dell’energia oscura si può dire ancora poco, perché la sua natura resta sconosciuta.

Il primo a ipotizzarla fu Albert Einstein all’inizio del XX secolo, quando introdusse nelle equazioni della relatività generale la costante cosmologica (Λ) interpretandola come una forma di energia intrinseca dello spazio vuoto. Lo fece per ottenere un universo statico, come si pensava allora ma dopo la scoperta dell’espansione cosmica da parte di Edwin Hubble nel 1929, Einstein abbandonò quell’idea.
A tal proposito è famosa la conversazione che ebbe con George Gamow negli anni Quaranta, dove definì l’introduzione della costante cosmologica il suo più grande errore: the biggest blunder.

Oggi, a seguito dell’osservazione dell’universo in espansione, questa idea è ampiamente rivalutata e sembra proprio che il vuoto non sia vuoto, ma permeato dell’energia oscura che lo accelera inesorabilmente verso la fine dei tempi. Non è l’unica possibilità. Potrebbe anche essere un campo di energia dinamico che cambia nel tempo e nello spazio, oppure la dimostrazione che la nostra comprensione della forza di gravità è ancora incompleta.

Però esiste un aspetto ancora più affascinante di tutta questa faccenda.

Che cosa c’era prima della comparsa del nostro Universo?

Dato che gli scienziati non possono accettare, neanche per intuizione, l’idea che prima non esistessero né lo spazio né il tempo, negli anni ’50 del secolo scorso il fisico statunitense John Wheeler formulò l’ipotesi della schiuma spazio-temporale (quantum foam). Laddove non si può parlare dell’esistenza dello spazio-tempo nel senso classico del termine, il cosi detto “nulla” fisico, Wheeler ipotizzò che l’universo iniziale fosse una “bollicina” delle dimensioni di 1.616 × 10^-35 m (lunghezza di Planck). Questa bollicina sarebbe poi cresciuta esponenzialmente, fino a raggiungere le dimensioni attuali. 
La teoria della schiuma spazio-temporale è sorprendente non solo perché assegna delle dimensioni all’universo iniziale, giustificando la nascita dello spazio-tempo così come lo conosciamo, ma perché ipotizza che la bollicina iniziale si sia staccata per gemmazione (budding) da qualche altro universo. Una visione da cui deriva il concetto di multiverso, per cui se una bollicina può staccarsi e crescere, la schiuma spazio-temporale può produrre infinite altre bolle e il nostro sarebbe un universo tra tanti.

Che cosa ci impedisce di sperimentare altri universi?

Il problema delle pareti dei domini (domain walls): colossali densità di energia che ci impediscono di passare da un universo all’altro. Anche solo connetterci o trasmettere e ricevere segnali.
Queste strutture, teoriche, potrebbero formarsi quando diverse regioni dell’universo si stabilizzano a seguito delle proprie transizioni cosmologiche. In alcuni modelli possono essere descritte come “bolle” di vuoto con proprietà fisiche diverse da quelle che conosciamo. Allora la struttura della materia potrebbe risultare radicalmente diversa rispetto il nostro universo: atomi, nuclei, elettroni e radiazione elettromagnetica potrebbero non esistere o manifestarsi in forme differenti. Fino a una diversa struttura dello spazio-tempo, caratterizzata geometrie a noi sconosciute.

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 Cookies multicolor 

Ho una grande ammirazione per i fisici che si sforzano di ricostruire l’origine dell’universo e spero davvero che un giorno possano rispondere a queste domande con qualche certezza. Tuttavia trovo estremamente rassicurante il nostro “non sapere”. Mi fa sentire umana, anzi bambina e per questo che ho pensato di preparare i biscotti con gocce di cioccolato e smarties.

In fondo, non esiste dolce migliore per rappresentare gli infiniti multiversi che emergono dalla schiuma spazio-temporale. E mi diverte immaginare ogni confetto come una “bolla” dalla quale emergono golose singolarità, pronte a espandersi nel calduccio del nostro palato. 

Ingredienti

per 12 pezzi

• 125 g burro morbidissimo
• 100 g zucchero bianco semolato
• 1 uovo di taglia M
• 2 g estratto di vaniglia
• 180 g farina autolievitante setacciata
• 100 g gocce di cioccolato
• 100 g smarties (tieni da parte 30g per la decorazione) 

Preparazione 

1. In una ciotola capiente mescola il burro e lo zucchero finché il composto diventa liscio. Usa una spatola di silicone, non devi montare.
2. Aggiungi l’uovo e l’estratto di vaniglia e mescola bene.
3. Unisci infine la farina autolievitante e impasta fino al suo completo assorbimento.
4. Frantuma una parte degli smarties e incorporali all’impasto assieme alle gocce di cioccolato. Poi forma 12 palline da 60g l’una (ti consiglio di utilizzare un guanto di silicone), disponile su un piatto e mettile in frigorifero per 30 minuti. Copri il piatto con la pellicola trasparente.
5. Passato questo tempo, disponi le palline su una teglia coperta da carta forno, lasciando abbastanza spazio tra una e l’altra.
6. Scalda il forno a 180°C e cuoci i cookies per 12 minuti, finché i bordi diventano leggermente dorati.
7. Decora i cookies con gli smarties avanzati e lasciali raffreddare per dieci minuti sulla teglia prima di spostarli.