Se non c’era nulla prima del Big Bang, come e perché è avvenuto il Big Bang?

Caro Capuccino,

Ho ricevuto la tua bellissima lettera illustrata con le sue profonde domande. Il tuo post è diventato piuttosto popolare nel mio laboratorioIstituto di astrofisica spaziale di OrsayPerché molti colleghi hanno visto la busta prima di me e mi hanno chiesto: Cos’è questa lettera decorata? “.

Il tuo post ha fatto molto rumore soprattutto per l’estetica, la cura grafica e la decorazione: complimenti! Poi ha suscitato molto scalpore a causa del suo mittente: un appassionato bambino di 8 anni. Raramente riceviamo tale posta. e un senso, infine, della profondità e dell’importanza delle tue domande sul Big Bang e sul “niente”.

Alla fine del 2020 è stata ricevuta una lettera di Capucine a Hervé Dole. Autore fornito

Le tue domande sul Big Bang e sul nulla. Forse vale la pena parlarne un po’ prima, e poi rispondere alle tue domande “Se non c’era niente prima del Big Bang, come e perché è successo il Big Bang?” »; Oltre a “che cos’è niente?” Rispondere è un esercizio molto difficile, ma poiché è così importante, ci sto provando.

la grande esplosione

Il modello del Big Bang – un modello nella scienza che è una semplificazione della realtà, ma comunque completamente fedele – nasce da molte osservazioni e riflessioni (teorie) per quasi un secolo. Grandi nomi come Einstein, Lumetri, Hubble, Gamov, Penzias e WilsonE Sassi associato allo sviluppo di questo modello del Big Bang e delle osservazioni associate, nonché di grandi osservatori in California e New Jersey, o più recentemente nello spazio con la NASA e in particolare l’Agenzia spaziale europea (ESA) e il satellite tavolain gran parte progettato a Orsay, e presto satellite Euclide che prepariamo attivamente.

Quindi, il modello del Big Bang è molto più di una semplice idea tra l’altro: è il modello migliore (o meno peggiore) sulla storia dell’universo, date le molte osservazioni che abbiamo e la comprensione fisica. leggi che abbiamo. Questo modello ha alcuni problemi (come misurare il tasso di espansione dell’universo, la natura della materia oscura o dell’energia oscura) e gli scienziati di oggi e di domani si adopereranno per risolverli. È possibile che in futuro un modello migliore sostituirà il modello del Big Bang, o che emergerà una nuova fisica per risolvere questi problemi.

Questo modello del Big Bang, supportato da numerose osservazioni, ci dice che gli inizi dell’universo devono essere avvenuti in condizioni estremamente calde e dense, molto più di quanto sappiamo oggi, ad esempio nei nuclei delle stelle.

In condizioni così estreme di calore e densità (ed energia), le leggi fisiche diventano sempre più complesse, al punto che i dettagli di una tale teoria non sono ancora fermamente stabiliti. Senza entrare nei dettagli, sappiamo che le nostre consuete nozioni di tempo, spazio e massa assumono una nuova luce in queste scale energetiche.

Tuttavia, le nostre teorie e osservazioni riescono a compiere la misurazione di alcuni aspetti del Big Bang fino a un breve momento dopo l’inizio (il cosiddettoinflazione cosmica).

prima del big bang?

Quindi cosa c’era prima? Non lo sappiamo davvero, almeno non io. Tuttavia, ci sono due serie di possibilità che i miei colleghi scientifici hanno studiato.

Il primo è sostenere che le condizioni di calore, densità ed energia nei primi istanti nozioni di tempo e spazio devono essere messe in discussione. In altre parole, non è del tutto chiaro come sia il tempo in questo momento, se così si può dire.

Le origini dell’universo con Planck ed Euclide – Hervé DOLE/Association Française d’Astronomie (AFA).

Ci sembra imbarazzante non sapere come definire il tempo, ma alla fine è un concetto piuttosto complicato. Sant’Agostino verso il quarto^H Il secolo si chiedeva: “Che ore sono? Se nessuno me lo chiede, lo so; ma se qualcuno me lo chiede e voglio spiegarlo, non lo so più”?

Se l’idea del tempo viene scartata per un momento, è del tutto possibile concepire che l’universo abbia avuto inizio dal “nulla”, torneremo su questo in seguito.

Il secondo è invocare un universo “precedente”, che sarà quindi in uno stato di contrazione sotto forma di un collasso violento e onnicomprensivo (a volte chiamato “Big Crunch”) e che poi darà, in una sorta di ritorno al passato, il nostro Big Bang: questo è il modello “recupero”attualmente rimane altamente speculativo ma è stato seriamente studiato.

In breve, la domanda “prima” del Big Bang è molto complessa, motivo per cui probabilmente non hai ottenuto una risposta soddisfacente, inclusa la mia. Spero che tu ti renda conto che la cosa più importante è sicuramente fare domande (a se stessi), non necessariamente ottenere risposte. E che questa mancanza di risposte non ti scoraggi dal continuare a interrogarti, anzi! In definitiva, è interrogando gli altri e il mondo che arriviamo a capirlo meglio, non ottenendo risposte pronte dagli altri.

Niente in fisica

L’idea del nulla è anche molto ricca e complessa in tutte le aree del pensiero e della creatività umana. In termini di scienza, iniziamo con un esperimento mentale: guardi una bottiglia vuota da 1 litro chiusa con un tappo. E ti chiedi: cosa c’è nella bottiglia? Niente o qualcosa?

La fisica ti dirà che c’è sicuramente aria in questa bottiglia. I tuoi occhi ti diranno sicuramente: niente o vuoto. Tuttavia, nell’aria di questa bottiglia ce ne sono circa 10²² Atomi, che non sono niente. Ma i nostri occhi non vedono nulla. È “nulla” come lo vedono i nostri occhi? O cosa possono misurare i nostri strumenti? O cosa prevedono le nostre teorie?

Nella scienza, ci spostiamo maggiormente verso le ultime due soluzioni. Si scopre che il “nulla” in fisica non è molto ben definito – almeno per quanto ne so – e stiamo parlando piuttosto di un vuoto. E anche il vuoto è molto ricco. In particolare in fisica, il vuoto (l’assenza di materia) è riempito di… energia. Pertanto, il vuoto non è “vuoto” perché lì si può rilevare l’energia certe condizioni.

Vorrei quindi riassumere la mia risposta dicendovi che in fisica il “nulla” è piuttosto rappresentato da un vuoto, e che un vuoto – se corrisponde all’assenza di materia – è comunque privo di energia.

Come e perché è avvenuto il Big Bang?

La scienza non risponde davvero alla domanda “perché?” Piuttosto, alla domanda: “Come?” In effetti, il “perché” sembra invocare uno scopo, una direzione o un’intenzione, ma la scienza non ha bisogno di invocare l’intenzione per svelare gli eventi nell’universo: ha solo bisogno di determinate regole (leggi fisiche che cerchiamo di capire meglio) come in un gioco, e lascia che il tempo faccia il suo corso, con la sua parte di “caso” (ho messo le virgolette perché anche gli scienziati sono stati in grado di misurare, quantificare o quantificare il caso). Quindi propongo di discutere la domanda “Come è avvenuto il Big Bang?”

Senza essere un esperto dei primi momenti dell’universo, posso comunque mostrarvi il modello attualmente preferito dai miei colleghi. Ho menzionato il vuoto sopra, e vi sto dicendo che in effetti contiene energia. Si ritiene che questo campo energetico abbia piccole variazioni (diciamo “fluttuazioni”) e che alcune di esse abbiano portato al Big Bang.

Detto questo, sembra vago. Ma spero che tu possa renderti conto che il Big Bang può nascere da un vuoto che non è completamente vuoto perché è pieno di energia, e che la fisica (d’altronde le leggi che conosciamo, le famose regole del gioco) incanala quell’energia… nell’universo!

Spero che questa connessione tra il Big Bang, il nulla e il vuoto vi sembri meno misteriosa ora, anche se ci sono ancora molte incognite per noi scienziati! Quindi la traiettoria del Big Bang è meglio conosciuta, con diverse fasi ben descritte.

Forse in futuro la tua curiosità ti porterà a unirti ai ranghi di scienziati o pensatori per aiutarci a rispondere a una di queste domande in un modo o nell’altro? In ogni caso, ti auguro lo stesso, qualunque strada tu scelga.

Buon continuare a farvi domande in giro per il mondo, buone feste e buone feste!

Articolo da Conversazione

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