Multiverso: un’altra teoria molto discussa sulle origini dell’Universo e l’esistenza di Universi paralleli è il modello dell’Universo a brane.
Multiverso? Sebbene il modello cosmologico standard descrive l’evoluzione dell’Universo immediatamente dopo il Big-Bang, tuttavia esso ha presentato da sempre una serie di problemi.
Attualmente, tale modello rappresenta il quadro migliore per descrive, con buona approssimazione, le fasi evolutive del cosmo. Quindi, possiamo rappresentare la nascita e l’evoluzione dell’Universo in tre atti: 1) una singolarità iniziale che fa emergere l’Universo dal nulla; 2) l’inflazione cosmica che dà forma all’Universo e 3) l’espansione cosmica durante la quale si formano le stelle e le galassie man mano l’Universo si raffredda.
Tuttavia, il modello cosmologico standard non è completo in quanto le leggi della fisica vengono meno in prossimità dell’istante iniziale, cioè nel momento del Big Bang: qui, le equazioni della relatività generale divergono e danno valori infiniti della densità e della temperatura.
Già, ma allora che cos’è il Big Bang? Nessuno lo sa e il termine stesso contiene una contraddizione poiché non è stato “big”, dato che l’Universo sarebbe emerso da una singolarità e non c’è stato un “bang”, dato che non c’era un mezzo su cui si sarebbero propagate le onde sonore.
In realtà, il Big Bang non indica una esplosione “nello” spazio ma “dello” spazio stesso poiché da questo enigmatico evento iniziale si sarebbero originati, oltre lo spazio, anche il tempo, la materia e l’energia.
Questa spiegazione sulla nascita dell’Universo non lascia, però, tutti soddisfatti e, se ci ragioniamo un attimo, diventa difficile accettare una situazione fisica che generi l’Universo dal nulla.
La domanda successiva potrebbe essere: “che cosa” avrebbe dato il via? Ad oggi nessuno sa rispondere a questa domanda e allora alcuni scienziati stanno provando a cambiare il punto di vista proponendo altri scenari cosmologici in cui viene eliminato il problema della singolarità. Un modello alternativo si basa sulla teoria delle stringhe.
Teoria delle stringhe (da qui l’idea del multiverso)
La teoria delle stringhe (string theory, lett. “teoria delle corde”) è un quadro teorico nel quale le particelle puntiformi sono sostituite da oggetti uno-dimensionali chiamati stringhe, caratterizzati da determinati “modi di vibrazione”. La teoria descrive come le stringhe si propagano nello spazio e nel tempo e come interagiscono tra loro. A scale di distanza maggiori della sua lunghezza, la stringa è assimilabile ad una particella ordinaria, con massa, carica e le altre proprietà determinate dal suo modo di vibrazione. Poiché uno di questi corrisponde al gravitone, l’ipotetica particella mediatrice della gravità, la teoria delle stringhe è una teoria di gravità quantistica.
La brana
Nella teoria delle stringhe, la brana (in inglese brane) è la generalizzazione della nozione di particella puntiforme: laddove la particella puntiforme ha zero dimensioni, la brana è un’entità elementare che può avere qualsiasi numero di dimensioni. È un oggetto dinamico che si propaga nello spaziotempo, potenzialmente dotato di un’energia e di altre proprietà, come una carica elettrica. Il concetto di brana è centrale nella teoria delle stringhe, nella teoria M e nella teoria del mondo-brana.
Per indicare la dimensionalità della brana si scrive p-brana, dove p è il numero di dimensioni. In particolare:
- una 0-brana è priva di dimensione e corrisponde a una particella puntiforme;
- una 1-brana è monodimensionale e corrisponde a una stringa, che può essere aperta o chiusa;
- una 2-brana ha due dimensioni e corrisponde a una “membrana”;
- e così di seguito.
Ogni p-brana ha una linea di universo in (p +1)-dimensioni che si propaga nello spaziotempo.
Prima del Big-Bang
Per eliminare il problema dei valori infiniti a cui portano le leggi della fisica quando vengono estrapolate al tempo iniziale, cioè in prossimità del punto della singolarità, rappresentato proprio dal Big-Bang, occorre capire cosa lo ha generato.
Al momento, nessuno ha la soluzione al problema della singolarità iniziale. Alcuni fisici teorici hanno ipotizzato che il Big-Bang non fu affatto l’inizio in quanto l’Universo avrebbe potuto esistere anche da prima, forse da sempre, ma non tutti concordano.
Burt Ovrut, Paul Steinhardt e Neil Turok hanno provato a risolvere l’enigma della singolarità iniziale teorizzando che il Big-Bang si sarebbe originato dallo scontro di due “brane” giganti, cioè le membrane descritte dalla teoria delle stringhe, che muovendosi nello spazio multidimensionale entrano occasionalmente in collisione, un po’ come avviene quando si scontrano due gigantesche onde marine.
Secondo questa ipotesi, a un determinato istante, prima del Big-Bang, due brane, rappresentanti due universi paralleli, cominciarono ad avvicinarsi, fluttuando nello spazio multidimensionale, fino a collidere. L’energia liberatasi dalla collisione finì nel Big-Bang creando l’espansione della “brana-universo” e riscaldando tutte le particelle ad altissima temperatura. Inoltre, il Big-Bang non fu un evento unico, ma le collisioni tra le due brane sarebbero state molteplici (multiverso). Questa ipotesi eliminerebbe il problema della singolarità iniziale implicando che sia trascorso del tempo prima del Big-Bang così da permettere alle due brane di arrivare alla collisione.
Idea affascinante, ma con problemi teorici dato che non sappiamo cosa succede quando due membrane entrano in contatto. Le equazioni che descrivono questi eventi straordinari, a quel livello cessano di avere senso.