La cosmologia inflazionaria e la freccia del tempo

In un precedente post abbiamo visto come  la più convincente ragione dell’esistenza di una freccia temporale  risieda nel differente stato entropico dell’Universo. Ai primordi del nostro universo esso si presentava molto ordinato  e quindi con un basso livello di entropia, livello che poi è progressivamente salito dando modo di individuare la direzione del tempo e conseguentemente la sua misura.

Sembra acclarato da  molte osservazioni che la  materia fosse ordinatamente distribuita nello spazio ai primordi dell’universo. Questo però  in generale rivelerebbe un alto livello di entropia un  po’ come succede quando stappiamo una  bibita gasata e il diossido di carbonio si distribuisce uniformemente nella stanza dove abbiamo aperto la lattina. Ma la presenza della forza di gravità che tende ad aggregare la materia rende alquanto improbabile una distribuzione ordinata della  stessa nello  spazio.

La domanda  è dunque questa, perchè alle origini dell’universo la materia era distribuita in modo uniforme ed ordinato, pur in presenza della forza di gravità?

E perché la curvatura dello spazio era liscia, ordinata, quasi perfettamente uniforme senza avallamenti o pozzi come nel caso della presenza di buchi neri?

La cosmologia inflazionaria trova una risposta convincente al fatto che la gravità in quei primi istanti di vita dell’universo non produca quegli ammassi di materia e quelle pieghe nello spazio che ci si dovrebbe aspettare. La risposta è che durante la fase  inflazionaria     esiste soltanto la gravità    repulsiva causa della prodigiosa e rapidissima espansione dell’universo.

Lo  spazio si gonfia in maniera tale che tutte le bolle e le imperfezioni iniziali si stirano, si lisciano un po come succede ad un palloncino floscio  quando lo gonfiamo. Inoltre poiché il volume dello spazio durante l’inflazione è diventato enorme, la densità degli ammassi di materia diventa bassissima come accadrebbe a due pesciolini rossi che vivono nella  classica boccia di vetro e che di colpo si ritrovano in un laghetto.

La gravità repulsiva tende quindi a creare  un’universo più uniforme ed ordinato. Quando il campo dell’inflatone giunge al suo potenziale  minimo mettendo fine alla fase inflazionaria  la sua energia si convertiva in un bagno pressocché uniforme di materia distribuita in tutto lo spazio (fatte salve le piccole imperfezioni dovute all’oscillazione quantistica).

Grazie alla cosmologia inflazionaria quindi riusciamo a spiegare in modo credibile perché i primordi dell’universo erano caratterizzati da  un basso livello di entropia e conseguentemente dare una risposta altrettanto convincente alla freccia del tempo.