Un universo dal nulla

Come ormai ho scritto più e più volte⁽¹⁾, nel 1954 David Bohm riprese le idee alternative di Louis de Broglie della fine degli anni Venti del XX secolo per produrre la così detta teoria delle variabili nascoste. In effetti, proprio come la teoria delle stringhe, vennero prodotti molti modelli che utilizzano le variabili nascoste e le prove sperimentali che si sono accumulate a partire dalla scoperta della disuguaglianza di Bell da parte di John Stewart Bell sono andate tutte in un'unica direzione, quella dell'inesattezza di tali teorie.
Probabilmente è anche per questo che mi sono incuriosito dal preprint che vi propongo, e che è stato anche pubblicato su Physical Review D, sulla dimostrazione matematica della creazione di un universo dal nulla.
Il contesto di tale articolo è semplice: ormai nel modello cosmologico standard è assodato che l'universo si sia espanso da una singolarità iniziale a partire da un big bang, l'istante in cui lo spaziotempo ha iniziato tale espansione. Grazie alla teoria dell'inflazione cosmica⁽²⁾, tale espansione accelerata ha allontanato i punti uno dall'altro a una velocità superiore a quella della luce, ma forse l'elemento più importante della teoria è l'applicazione della meccanica quantistica alla cosmologia. Da qui in poi lo sviluppo della quantocosmologia (passatemi il neologismo!) ha suggerito nei teorici la possibilità della creazione dell'universo dal nulla, dove nulla indica l'assenza di materia e di spaziotempo, evitando così il problema della singolarità iniziale.

Inflazione infinita e fine del tempo

Come saprete i dati di BICEP che sembrava dovessero confermare l'inflazione cosmica e le onde gravitazionali primordiali hanno subito una verifica negativa. Come spiegano molto bene Amedeo e Sandro, l'interpretazione dei risultati è stata completamente ribaltata dalle analisi di Planck.
Uno degli aspetti che, con quell'annuncio di metà aprile, non avevo trattato ma che mi sarebbe piaciuto era la questione dell'inflazione infinita. Questa ipotesi teorica venne introdotta da Alan Guth e altri fisici, in particolare su Eternal Inflation⁽¹⁾:

Viene riassunto il funzionamento di base dei modelli inflazionistici, insieme con gli argomenti che suggeriscono fortemente che il nostro universo è il prodotto dell'inflazione. Si sostiene che essenzialmente tutti i modelli inflazionistici portano a una (futura) inflazione eterna, che implica che un numero infinito di universi tascabili verranno prodotti. Anche se gli altri universi tascabili non sono osservabili, la loro esistenza ha comunque conseguenze per il modo in cui valutiamo le teorie ed estraiamo conseguenze da esse. E' discussa, ma non definitivamente risolta, la questione se l'universo abbia avuto un inizio. Appare probabile, tuttavia, che gli universi eternamente inflazionati richiedono un inizio.

Ci sono molte osservazioni che confermano, o che comunque si accordano sia con la teoria del Big Bang, sia con l'inflazione cosmica: in un certo istante subito dopo la prima espansione dell'universo, lo spazio tempo ha sperimentato una rapida espansione, superiore alla velocità della luce. La leggera anisotropia della radiazione cosmica di fondo (e in parte anche l'assenza del monopolo magnetico) sono prove a supporto dell'inflazione cosmica.
L'ingrediente di base dell'inflazione eterna (o infinita) è l'ipotetica esistenza di materia gravitazionalmente repulsiva, che è instabile e decade secondo una legge esponenziale. In ogni processo di decadimento, il volume di questo tipo di materia aumenta invece di diminuire e produce una serie infinita di universi tascabili^{(1, 2)}:

In Cosmology from the Top Down, un seminario presentato al Davis Inflation Meeting nel 2003, Stephen Hawking esprime alcune criticità riguardo l'ipotesi dell'inflazione infinita: