Ecco sei grandi domande sul nostro universo a cui la fisica attuale non può rispondere:
- Cos’è l’energia oscura, l’energia misteriosa che sembra accelerare l’espansione dell’universo?
- Cos’è la materia oscura, la sostanza invisibile che possiamo rilevare solo con il suo effetto gravitazionale su stelle e galassie?
- Che cosa ha causato l’inflazione, la rapida espansione dell’universo subito dopo il Big Bang?
- Del resto, cosa ha causato il Big Bang?
- Ci sono molti possibili Big Bang o universi?,
- Esiste una caratteristica rivelatrice associata alla morte di un universo?
Nonostante gli sforzi di alcuni dei cervelli più brillanti del mondo, il Modello standard della fisica delle particelle – la nostra attuale migliore teoria di come l’universo funziona a un livello fondamentale – non ha soluzione a questi stumpers.
Una nuova teoria convincente sostiene di risolvere tutti e sei in un unico sweep. La risposta, secondo un articolo pubblicato su European Physical Journal C da Herb Fried della Brown University e Yves Gabellini dell’INLN-Université de Nice, potrebbe essere una specie di particella chiamata tachione.,
I tachioni sono particelle ipotetiche che viaggiano più velocemente della luce. Secondo la teoria speciale della relatività di Einstein – e secondo l’esperimento finora-nel nostro mondo “reale”, le particelle non possono mai viaggiare più velocemente della luce. Che è altrettanto bene: se lo facessero, le nostre idee su causa ed effetto sarebbero buttate fuori dalla finestra, perché sarebbe possibile vedere un effetto manifestarsi prima della sua causa.,
Sebbene sia elegantemente semplice nella concezione, il modello di Fried e Gabellini è controverso perché richiede l’esistenza di questi tachioni: tachioni fermionici e anti-tachionici specificamente caricati elettricamente, fluttuanti come particelle virtuali nel vuoto quantico (QV). (L’idea di particelle virtuali di per sé non è una novità: nel modello standard, forze come l’elettromagnetismo sono considerate come campi di particelle virtuali che costantemente si abbassano dentro e fuori dall’esistenza. Nel loro insieme, tutte queste particelle virtuali costituiscono il vuoto quantico.,)
Ma la relatività speciale, sebbene impedisca il viaggio più veloce della luce per la materia ordinaria e i fotoni, non preclude del tutto l’esistenza di tachioni. Come spiega Fried, ” In presenza di un evento di enorme energia, come un’esplosione di supernova o il Big Bang stesso, forse questi tachioni virtuali possono essere strappati dal QV e inviati a volare nel vuoto reale (RV) del nostro mondo quotidiano, come particelle reali che devono ancora essere misurate.,”
Se questi tachioni attraversano il confine della velocità della luce, i ricercatori ritengono che le loro alte masse e piccole distanze di interazione introdurrebbero nel nostro mondo una quantità incommensurabilmente piccola di “a-causalità”.
Fried e Gabellini arrivarono al loro modello basato su tachioni mentre cercavano di trovare una spiegazione per l’energia oscura nello spazio che sembra alimentare l’espansione accelerata dell’universo. Per prima cosa hanno proposto che l’energia oscura sia prodotta dalle fluttuazioni di coppie virtuali di elettroni e positroni.,
Tuttavia, questo modello ha incontrato difficoltà matematiche con numeri immaginari inaspettati. Nella relatività speciale, tuttavia, la massa a riposo di un tachione è un numero immaginario, a differenza della massa a riposo delle particelle ordinarie. Mentre le equazioni e i numeri immaginari nel nuovo modello coinvolgono molto più di semplici masse, l’idea è suggestiva: Gabellini si rese conto che includendo coppie fluttuanti di tachioni e anti-tachioni lui e Fried potevano annullare e rimuovere i numeri immaginari indesiderati dai loro calcoli., Inoltre, da questa risposta creativa alla necessità matematica seguì un enorme bonus: Gabellini e Fried si resero conto che aggiungendo i loro tachioni al modello, potevano spiegare anche l’inflazione.
“Questa ipotesi non può essere negata da alcun test sperimentale”, afferma Fried – e il modello si adatta perfettamente ai dati sperimentali esistenti sull’energia oscura e sull’energia di inflazione.
Naturalmente, sia Fried che Gabellini riconoscono che molti fisici diffidano delle teorie basate su ipotesi così radicali.,
Ma, preso nel suo complesso, il loro modello suggerisce la possibilità di un meccanismo unificante che dà origine non solo all’inflazione e all’energia oscura, ma anche alla materia oscura. I calcoli suggeriscono che questi tachioni ad alta energia riassorbirebbero quasi tutti i fotoni che emettono e quindi sarebbero invisibili.
E c’è di più: come spiega Fried, “Se un tachione ad altissima energia lanciato nel vuoto reale (RV) dovesse poi incontrarsi e annientarsi con un anti-tachione della stessa specie, questa minuscola “esplosione” di energia quantistica potrebbe essere il seme di un altro Big Bang, dando origine a un nuovo universo., Quel “seme” sarebbe una densità di energia, in quel punto di annientamento, che è così grande che una “lacrima” si verifica nella superficie che separa il Vuoto Quantico dal RV, e le enormi energie immagazzinate nel QV sono in grado di farsi strada nel RV, producendo il Big Bang di un nuovo universo. E nel corso di più eoni, questa situazione potrebbe accadere più volte.”
Questo modello – come qualsiasi modello di fenomeni non replicabili come la creazione dell’universo-può essere semplicemente caratterizzato come un allettante insieme di speculazioni., Tuttavia, non solo si adatta ai dati sull’inflazione e sull’energia oscura, ma offre anche una possibile soluzione all’ennesimo mistero osservato.
Negli ultimi anni, gli astronomi si sono resi conto che il buco nero al centro della nostra Via Lattea è “supermassiccio”, contenente la massa di un milione o più soli. E lo stesso tipo di buco nero supermassiccio (SMBH) può essere visto al centro di molte altre galassie nel nostro universo attuale.
Esattamente come si formano tali oggetti è ancora una domanda aperta., L’energia immagazzinata nel QV è normalmente abbastanza grande da contrastare la tendenza gravitazionale delle galassie a collassare su se stesse. Nella teoria di Fried e Gabellini, tuttavia, quando si forma un nuovo universo, un’enorme quantità di energia QV proveniente dal vecchio universo sfugge attraverso lo ‘strappo’ fatto dall’annientamento tachionico-anti-tachionico (il nuovo Big Bang). Alla fine, anche parti lontane del vecchio universo saranno interessate, poiché l’energia QV del vecchio universo perde nel nuovo universo come l’aria che sfugge attraverso un buco in un pallone., La diminuzione di questo buffer di energia QV contro la gravità nel vecchio universo suggerisce che man mano che il vecchio universo muore, molte delle sue galassie formeranno SMBH nel nuovo universo, ognuna contenente la massa degli ex soli e pianeti della vecchia galassia. Alcuni di questi nuovi SMBH possono formare i centri di nuove galassie nel nuovo universo.
“Questa potrebbe non essere un’immagine molto piacevole”, dice Fried, parlando del possibile destino del nostro universo. “Ma è almeno scientificamente coerente.,”
E nel mondo strano e non verificabile di Big Bang e universi multipli, la coerenza potrebbe essere il meglio che possiamo sperare.