La nascita delle strutture cosmiche

Come ha fatto l’Universo nel corso dei suoi 13,8 miliardi di anni di vita a generare le incredibili strutture cosmiche che lo disegnano. Superammassi e ammassi di galassie, con tutto quello che ne consegue in realtà non avrebbero potuto formarsi. Infatti, se l’universo nasce dal Big Bang in uno stato di perfetta uniformità, rimarrà tale anche in seguito, senza poter mai generare alcun corpo celeste.

La gravità può infatti accentuare disomogeneità presenti ma non può crearle dal niente. La risposta a questo quesito è insita nell’inflazione.

Cos’è l’inflazione

In cosmologia l’inflazione  è una teoria che ipotizza che l’universo, in una fase precocissima della sua esistenza, abbia attraversato un’espansione estremamente rapida, dovuta a una grande pressione negativa. Questo processo sarebbe avvenuto  intorno a 10^-35 secondi dal  Big Bang, e ne avrebbe aumentato il raggio di un fattore enorme, superiore a 10³⁰ (circa mille miliardi di miliardi di miliardi di volte), esaurendosi in un tempo brevissimo, intorno a 10⁻³⁰ secondi.

Questa travolgente espansione dello spazio trasforma quello che era pochissimi istanti prima microscopico in una macroscopica e inconcepibile dimensione spaziale. Ma in concreto cosa c’è all’interno del processo inflazionario che ha impedito al nostro universo di trasformarsi in una piatta, uniforme e sterile distesa?

Il ruolo della meccanica quantistica

Può sembrare paradossale ma qui entra in gioco la meccanica quantistica, il cui “regno” naturale sarebbe l’infinitamente piccolo e in particolare il principio di indeterminazione di Heisenberg. Per quei pochi che non lo conoscono, in soldoni, il principio di indeterminazione rivela la natura probabilistica della meccanica quantistica e afferma che di una particella è impossibile conoscere, simultaneamente, posizione e velocità.

Questa controintuitiva affermazione scalfisce la possibilità di individuare una precisa traiettoria della particella osservata. Quello che vale per una particella vale anche per l’energia del vuoto. Con questa definizione si indica quella quantità di energia presente ovunque nello spazio anche quando privo di materia, il che rende lo spazio vuoto non completamente vuoto.

Questa energia è legata alle fluttuazioni quantistiche, che determinano la continua fugace comparsa e annichilazione di particelle e antiparticelle. Ebbene l’energia del vuoto non è perfettamente uniforme nello spazio ma, presenta delle minuscole differenze tra regione e regione. Queste regioni estremamente minuscole “spinte” dall’inflazione si ingigantiscono al punto da oltrepassare l’universo osservabile.

Dopo il Big Bang

Dopo il Big Bang le originarie fluttuazioni dell’energia del vuoto si trasformano in piccolissime variazioni della densità di materia, che si estendono però in regioni astronomicamente vastissime. E qui entra in gioco la gravità: le regioni in possesso di più materia iniziano a catturare la materia dalle regioni meno “fornite” innescando attraverso il collasso gravitazionale quei processi che porteranno alla costituzione delle grandiose strutture cosmiche che noi oggi osserviamo attraverso i più sofisticati telescopi.

È così che l’inflazione disvela il segreto della creazione delle strutture cosmiche che in ultima analisi hanno permesso che in una galassia che non ha niente di speciale, in un sistema stellare semi periferico, su un anonimo pianeta roccioso si sviluppasse la vita di una specie senziente che sfrontatamente cerca di carpire i segreti dell’immenso universo che ci ospita.

Per saperne di più:

L’inflazione

Fonti:

alcune voci di Wikipedia

Giudice, Gian Francesco. Prima del Big Bang