Wikipedia

Cosmologia ciclica conforme

modello cosmologico
Versione del 20 mag 2014 alle 11:42 di SteveR2 (discussione | contributi)

La Cosmologia ciclica conforme (in inglese Conformal Cyclic Cosmology, abbreviato CCC)[1] è stato proposto dal 2001 in poi da Roger Penrose (già teorico con Stephen Hawking, di numerosi modelli e studi sui buchi neri, oggi accettati dalla comunità scientifica) con Vahe Gurzadyan, come modello cosmologico facente parte del gruppo di teorie strettamente collegate con la relatività generale di Albert Einstein.[2][3][4] Nella CCC, l'universo attraversa cicli infiniti, con il futuro infinito intervallo di spaziotempo che è in ripetizione di ogni precedente iterazione, ed è identificato con la singolarità del Big Bang.[5]

Secondo Penrose, un tempo sostenitore della teoria del "nulla prima del Big Bang" (che sostituì quella sostenuta dal suo maestro, Dennis Sciama, la teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle e altri), afferma nel libro Dal Big Bang all'eternità che l'infinitamente piccolo allora - forse - equivarrà all'infinitamente grande, e l'universo apparentemente freddo e morto potrebbe così dare origine, per effetto dell'annullamento delle leggi fisiche precedenti, ad un nuovo Big Bang (la bassa entropia sarebbe la stessa della nascita del primo universo), anche se diverso da quello della teoria del Big Bounce. L'attuale universo sarebbe uno degli infiniti "eoni" (ognuno della durata di 10100, ovvero 1 seguito da 100 zeri, un numero chiamato Googol) che costituiscono l'eterno universo. Non vennero esclusi a priori né l'inflazione cosmica (criticata da Penrose) né il multiverso, anche se i calcoli teorici non confermarono questi argomenti.[6]

Penrose afferma che la prova sarebbe contenuta nella radiazione di fondo, e nelle onde concentriche scoperte in essa, che sarebbero i residui materiali degli universi precedenti.[7][8] Questo modello si propone di risolvere i numerosi problemi lasciati aperti dalle ipotesi precedenti - multiverso, nascita di nuovi universi dai buchi neri, modelli oscillanti tra espansione e collasso, inflazione cosmica caotica, il ruolo della costante cosmologica - senza sovvertire la fisica teorica del quadro generale della cosmologia standard (finendo in interpretazioni non ortodosse), ed è basato, secondo i sostenitori e i proponenti, su teorie fisiche e matematiche accettate, come la rielaborazione delle fondamentali equazioni di Einstein.[9]

Presentazione

 
Roger Penrose, l'ideatore di questa teoria

Le onde gravitazionali distorcono la trama dello spaziotempo e, secondo Penrose e il suo collega Vahe Gurzadyan, lasciano traccia del loro passaggio in forma di questi anelli concentrici. Inoltre si afferma che non ci può essere un inizio (singolarità), se prima non c'è qualcosa.[1]

Penrose, fisico di lunga data, amico e collaboratore di Stephen Hawking, sostiene con convinzione che, se rimangono solo i fotoni e la materia rimane inerte allo stato di subparticelle, si fermerà il tempo, poiché i fotoni non hanno massa sufficiente. Se si ferma il tempo e lo spazio, lo spaziotempo cessa di esistere, le sue leggi anche e l'universo enorme e dilatato, diverrà equivalente a un universo microscopico, e, per effetto delle leggi di conservazione della materia e della massa, produrrà un nuovo universo.[10]

Penrose si spinge ad affermare che l'universo in accelerazione è la spinta di un futuro Big Bang o comunque una rinascita dell'universo. L'energia oscura, forza disgregante poco conosciuta ma contemplata dall'attuale modello cosmologico standard del Big Bang (talvolta identificata con la costante cosmologica dell'energia del vuoto), sarebbe una forza complementare alla gravità e alla materia oscura, che in alcuni modelli quantistici, da attrattiva diventa anch'essa respingente, e viceversa potrebbe accadere all'energia oscura, senza che vi sia la contrazione dell'universo come nel Big Crunch.[11] Penrose sostiene che la sua teoria sia l'unica che possa far coincidere tutti i dati raccolti e le formulazioni teoriche come la radiazione di Hawking, a differenza delle altre, come il Big Freeze, il Big Bounce, l'inflazione eterna, e i vari modelli degli universi infiniti, che giudica teorie incomplete e con forzature fisiche e matematiche, nonché incongruenze legate alla geometria dello spaziotempo (da cui il termine "conforme") - un esempio di questa "geometria perfetta" (Penrose cita come padre della "geometria conforme" Eugenio Beltrami) è la cosiddetta tassellatura di Penrose - e all'entropia dell'Universo.[11] Questa teoria è proposta come un primo embrione di una teoria del tutto.[11]

Accoglienza

Molti astrofisici però non condividono queste affermazioni, sostenendo che si debba provare come abbiano fatto le presunte onde gravitazionali del precedente universo, che sarebe esistito quasi 14 miliardi di anni fa (dove si fermano le conoscenze attuali), a sopravvivere al Big Bang. Affermano che la CCC è solo una teoria fisica che non regge all'osservazione e manca di falsificabilità (questa mancanza di falsificabilità è rilevata però anche nello stesso modello inflazionario[12]). La teoria rimane per ora minoritaria e sostenuta, nella sua versione integrale, solo da Penrose e Gurzadyan.[13]

Risposta di Penrose ai critici

Di fronte ai propri risultati teorici e alle osservazioni successive (che invece, secondo molti, confermerebbero l'inflazione) Roger Penrose ha affermato nel 2014 che le teorie maggioritarie tra i fisici non sono secondo lui verificate: in particolare la teoria inflazionistica - da lui sempre criticata - è definita una «fantasia», mentre la teoria delle stringhe è liquidata come fenomeno di «moda» e una «fede»[14], su cui i fisici insisterebbero erroneamente su scorciatoie che vanno contro la relatività generale, come già fecero con la supersimmetria o le molte interpretazioni iniziali della relatività, finché Einstein sistemò la teoria con i suoi calcoli, dove tutti gli altri fallirono.[15]

Ad esempio non si potrebbe vedere un lampo di luce del presunto Big Bang, se la velocità della luce non fosse in ogni caso superiore a quella delle galassie in allontanamento, mentre l'inflazione sostiene che l'espansione fu più veloce della luce, ma allo stesso tempo noi vedremmo le tracce di quella luce primordiale; nella CCC non ci sono queste contraddizioni.[16][15][17]

Ispirazioni culturali

Questa teoria è inoltre una variante, anche se diversa in molti punti, dell'universo oscillante proposto anche da Albert Einstein, e sminuisce l'importanza del Big Bang, che tuttavia non viene eliminato. Penrose ha tratto ispirazione per la teoria, confermandola poi dalle sue osservazioni e calcoli, anche da concezioni filosofiche (egli è anche un filosofo, autore di controverse teorie, la più nota è la "coscienza quantica") come quella di Nietzsche (eterno ritorno) o artistiche (Maurits Cornelis Escher, amico di famiglia dello scienziato inglese).[1]

Teoria nei dettagli

Costruzione matematica di base

La costruzione base ideata da Penrose è collegata ad un insieme di sequenza numerabile di un certo numero di sequenze di spaziotempo, aperte e basate sulla metrica di Friedmann - Lemaître - Robertson - Walker (FLRW). Ognuna rappresenta un Big Bang seguito da un'infinita futura espansione.[18] Il fisico ha notato che i "confini conformi", previsti dai calcoli del suo diagramma di Penrose, nel passato, hanno una copia di spaziotempo di FLWR, la quale può essere "fissa" e diventare il futuro "confine conforme" di un altro spaziotempo, dopo un adeguato ridimensionamento conforme. In particolare, ogni singolo   FLRW viene moltiplicato per il quadrato di un fattore conforme   che si avvicina all'infinito verso lo zero; questo provoca un sostanziale "schiacciamento verso il basso" del futuro confine conforme, verso un'ipersuperficie conforme normale (che è anch'essa spaziotempo, se c'è una costante cosmologica positiva, come noi oggi crediamo, che sia essa l'energia oscura, l'energia del vuoto, la quintessenza o altro). Il risultato di questi complessi calcoli è una nuova soluzione delle equazioni di Einstein, che Penrose ha utilizzato per rappresentare l'intero universo, il quale risulta composto da una sequenza di settori spaziotemporali che Penrose chiama "eoni".[18]

Implicazioni fisiche

La caratteristica e conseguenza importante di questa costruzione, per la fisica delle particelle e la meccanica quantistica, è che, dato che i bosoni obbediscono alle leggi della teoria di campo conforme, si comporteranno nello stesso modo negli eoni come nelle controparti FLRW originali (questo corrisponde, classicamente, al fatto che la struttura di un cono di luce è conservata da un riscalamento conforme). Per tali particelle, il confine tra eoni non è un limite al tutto, ma solo una superficie simile allo spazio, che può essere attraversata come qualsiasi altra cosa. I fermioni, invece, restano confinati in un dato eone.[18] Ciò fornisce una soluzione conveniente per il paradosso dell'informazione del buco nero, che fa si che i dati informativi vadano quasi tutte persi, secondo la teoria della radiazione di Hawking; secondo Penrose, i fermioni devono essere irreversibilmente convertiti in radiazioni durante l'evaporazione del buco nero, per conservare la morbidezza dei confini conformi, durante il passaggio da un eone all'altro.[18]

Le proprietà della curvatura nella cosmologia di Penrose sono auspicabili. In primo luogo, il confine tra eoni soddisfa l'ipotesi di curvatura di Weyle, fornendo così un certo tipo di bassa entropia nel passato, come richiesto dalla meccanica statistica e dall'osservazione. [18]

In secondo luogo, Penrose ha calcolato che una certa quantità di radiazione gravitazionale deve essere preservata attraverso il confine tra eoni. Penrose suggerisce che questa radiazione gravitazionale supplementare può essere sufficiente a spiegare l'accelerazione cosmica osservata, senza fare ricorso al campo di materia derivato dall'ipotetica enorme quantità di energia oscura.[18]

Test empirici

Nel 2010, Penrose e Vahe Gurzadyan hanno pubblicato una prestampa di un documento sostenendo che le osservazioni della radiazione cosmica di fondo. fatta dal Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e l'esperimento BOOMERanG hanno mostrato anomalie concentriche che erano coerenti con l'ipotesi CCC, con una bassa probabilità di ipotesi nulla sul fatto che l'osservazione in questione sia avvenuta per caso e non sia ripetibile.[19] Tuttavia , la significatività statistica della rilevazione, rivendicato da allora, è stata messa in discussione. Tre gruppi hanno indipendentemente tentato di riprodurre questi risultati, ma hanno trovato che la rilevazione delle anomalie concentriche non era statisticamente significativa, nel senso che tali cerchi apparirebbero in una corretta simulazione gaussiana della anisotropia nei dati CMB.[20][21][22]

Il motivo del disaccordo consiste nella questione di come costruire le simulazioni che vengono utilizzati per determinare la significatività: i tre tentativi indipendenti di ripetere l'analisi tutte le simulazioni utilizzate basati sullo modello standard Lambda-CDM, mentre Penrose e Gurzadyan hanno usato un approccio non-standard non documentata.[23]

Queste onde gravitazionali sarebbero quindi, per Penrose, visibili nelle mappe della radiazione fossile del satellite WMAP e sarebbero state confermate dal satellite Planck e dall'esperimento BICEP2, che secondo alcuni fisici avrebbe fornito una prima prova dell'esistenza di universo precedente; però esso ha fornito anche la prova che probabilmente la teoria dell'inflazione eterna di Alan Guth e Andrej Linde, sostanzialmente respinta da Penrose, sarebbe invece attendibile, anche se non manca chi cerca di conciliare i dati con entrambe le teorie.[24]

Note

  1. ^ a b c Sono infiniti i Big Bang che hanno fatto il mondo
  2. ^ Jason Palmer, Cosmos may show echoes of events before Big Bang, su bbc.co.uk, BBC News, 27 novembre 2010. URL consultato il 27 novembre 2010.
  3. ^ Roger Penrose, Before the big bang: An outrageous new perspective and its implications for particle physics (PDF), su accelconf.web.cern.ch, Proceedings of EPAC 2006, June 2006, 2759–2767. URL consultato il 27 novembre 2010.
  4. ^ Gurzadyan VG, Penrose R, "On CCC-predicted concentric low-variance circles in the CMB sky", Eur.Phys.J. Plus 128 (2013) 22; http://arxiv.org/abs/1302.5162
  5. ^ Edwin Cartlidge, Penrose claims to have glimpsed universe before Big Bang, su physicsworld.com, 19 novembre 2010. URL consultato il 27 novembre 2010.
  6. ^ Ritorno al futuro. Intervista a Roger Penrose
  7. ^ Prima del Big Bang? Un altro universo identico: la teoria di Roger Penrose divide i cosmologi
  8. ^ L'universo prima del Big Bang
  9. ^ Introduzione e risvolto di copertina del libro di Penrose Dal Big Bang all'eternità
  10. ^ L'universo rinascerà identico
  11. ^ a b c Recensione di Dal Big Bang all'eternità
  12. ^ Altro che inflazione! Le obiezioni di uno scettico
  13. ^ L'universo prima del Big Bang
  14. ^ Sir Roger Penrose: Cosmic Inflation is "fantasy"
  15. ^ a b Cercando un altro Einstein
  16. ^ Damiano Anselmi, L'involuzione del pensiero scientifico
  17. ^ Cosmic inflation has its flaws, but so do its critics
  18. ^ a b c d e f Roger Penrose, Before the Big Bang: An Outrageous New Perspective and its Implications for Particle Physics (PDF), in Proceedings of the EPAC 2006, Edinburgh, Scotland, 2006, pp. 2759–2762.
  19. ^ Concentric circles in WMAP data may provide evidence of violent pre-Big-Bang activity, 16 novembre 2010.
  20. ^ A search for concentric circles in the 7-year WMAP temperature sky maps, 7 dicembre 2010.
  21. ^ No evidence for anomalously low variance circles on the sky, 7 dicembre 2010.
  22. ^ Are There Echoes From The Pre-Big Bang Universe? A Search for Low Variance Circles in the CMB Sky, 2010-12-8.
  23. ^ More on the low variance circles in CMB sky, 7 dicembre 2010.
  24. ^ Planck’s Cosmic Map Reveals Universe Older, Expanding More Slowly

Bibliografia

  • Roger Penrose, Dal Big Bang all'eternità. I cicli temporali che danno forma all'universo, 2011, 357 p., ill., rilegato, traduzione Didero D., Rizzoli

Voci correlate

  Portale Astronomia
Estratto da "https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Cosmologia_ciclica_conforme&oldid=66052170"