Cosmologia – 10 – L’universo è ciclico come affermavano gli Stoici?

di Mario Giardini

La costante cosmologica Λ fu introdotta da Einstein per ottenere dalle sue equazioni un universo in accordo con le osservazioni del tempo (1917) che mostravano un universo (in realtà, la piccola frazione d’esso che si osservava, la Via Lattea) statico. Sappiamo che la cosa è errata perché Hubble dimostrò  sperimentalmente che l’universo si espandeva.

Nel 1998, a seguito della scoperta che le galassie più lontane stavano accelerando, e alla conseguente introduzione del concetto di dark energy, si tentò la prima misurazione della costante. Si trovò un valore ridicolmente basso: 10 alla meno 120. Cioè zero virgola 119 zeri e poi uno. In pratica, quasi zero.

Perché? Una spiegazione viene dal principio antropico. Esso afferma che il valore della costante cosmologica è diverso da punto a punto nell’universo. E, nel pezzo che noi abitiamo, ha il valore “giusto” che ha permesso all’universo lo sviluppo che ha consentito la vita biologica. Cioè, un valore di Λ che ha consentito di avere il tempo (miliardi di anni) per il formarsi delle galassie, e per avviare la nucleosintesi, cioè la formazione, nel nucleo delle stelle, di elementi più pensanti dell’idrogeno e dell’elio, che costituivano la gran parte del residuo del big bang.

Quando le stelle stelle esauriscono il ciclo vitale, collassano causa la gravità, esplodono, e spargono nell’universo carbonio, ferro ecc., permettendo il formarsi della vita biologica. Dunque, letteralmente, noi siamo figli delle stelle, perché il carbonio e praticamente tutti gli altri elementi pesanti di cui siamo largamente composti si sono formati là… miliardi di anni fa. Quella di sopra non è una spiegazione scientificamente attraente, perché dice, sostanzialmente, che le cose sono andate come sono andate perché noi siamo qui a raccontarle (compreso questo valore assurdamente piccolo per Λ). In sostanza, è una tautologia.

Nel 2006 Steinhardt e Turok introdussero una nuova teoria per spiegare quel valore di Λ. Essi ipotizzarono un universo ciclico, cioè un universo che si espande partendo da un big bang e poi si contrae fino ad un big crunch. Il ciclo dura circa 1000 miliardi di anni. Si postula, nella teoria, che Λ parta da valori positivi e alti per giungere a valori piccoli e negativi. Dunque all’espansione segue la contrazione, ma è un ciclo che tende ad allungarsi.

Già Abbott negli anni ’80 aveva proposto un modello simile, ma il diminuire della Λ prendeva così tanto tempo che tutta la materia dell’universo svaniva, e dunque alla fine quello che si contraeva era un universo privo di materia. Nella teoria di Steinhardt e Turok ciò non avviene perché si ipotizza che all’inizio, cioè al big bang, la densità della materia creata è maggiore di quella ipotizzata dal modello standard, e dunque l’universo non si svuota mai di materia.

Quanto è valido il modello? Difficile dire. Comunque, è possibile testare la teoria. Nel modello standard esiste un fenomeno detto di inflazione. Cioè, dopo circa 10 alla meno 35 secondi dal big bang (zero seguito da 34 zeri e poi 1 secondi, cioè a dire: un centomilionesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo), l’universo ebbe un periodo di espansione accelerata (durato 1 x 10 alla meno trentacinque secondi) che produsse una gran quantità di onde gravitazionali. Nel modello di Steinhardt e Turok queste onde hanno  una energia troppo piccola per essere misurate. Dunque, se un giorno un qualche scienziato trovasse  sperimentalmente queste onde, la teoria verrebbe “falsificata” in senso popperiano. Si sarà cioè dimostrata la sua erroneità. Quindi  Steinhardt e Turok ci dicono che l’universo potrebbe essere una catena senza fine di big bang (l’esplosione iniziale) e di big crunch (l’implosione finale).

E’ una idea scientifica corroborata da un modello, ma non è una idea nuova.

E’ interessante rileggere Zenone di Cizio (333-263 a.C.), il fondatore della Stoà: “… in tempi prestabiliti, tutto l’universo si risolverà in fuoco (big crunch). Il primo fuoco (big bang) è in qualche modo come un seme e contiene in sé le ragioni di tutte le cose e le cause delle cose generate e di quelle che si generano e di quelle che saranno in futuro… Tutto l’universo si risolverà in fuoco,  e poi nuovamente si riformerà da questo. Con un certo ordine, dopo la conflagrazione, risorgeranno gli stessi uomini per compiere le stesse azioni, per esempio Anito e Meleto per accusare; Busiride per uccidere gli ospiti; Eracle per compiere azioni eroiche. E vi sarà un altro Socrate, e un altro Platone, e vivranno nuovamente gli stessi uomini uno per uno, con gli stessi amici e concittadini di prima; crederanno nelle stesse cose, subiranno le stesse vicende, tratteranno le stesse questioni; ogni città, ogni villaggio, ogni campo si ristabilirà nella stessa forma di prima.”

La teoria di Steinhardt e Turok ovviamente non afferma che gli stessi uomini rinasceranno infinite volte, perché a quanto pare si può dimostrare che le “condizioni iniziali” di ogni big bang tendono a cambiare, il che significa che ogni rimbalzo potrebbe pordurre leggi fisiche diverse, e quindi un “tipo” di universo differente dal precedente.

Dunque il modello non garantisce l’eternità.

Due annotazioni meritano qualche riflessione. La prima è che, con questa teoria, non esiste un momento iniziale in cui si “crea” l’universo: l’universo si comporta come un organismo che si autoriproduce ad infinitum, e ciò coincide con l’idea di Zenone.

La seconda è che tempo e spazio possono esistere prima del big bang.

Nota: Nel 2015 la teoria è stata  “falsificata” in senso popperiano: si sono trovate e misurate le onde gravitazionali. Vuol dire ciò che l’universo ciclico non può esistere? No. Vuol dire, semplicemente, che il modello matematico di Steinhardt e Turok è sbagliato. Forse, da qualche parte, esiste un modello corretto di ciclicità.