L’universo prima del big bang: cosa c’era davvero?

L’universo, un mistero avvincente, composto di materia ed energia, ha sempre incantato gli scienziati e gli appassionati di astronomia. Il modello del Big Bang, ancora oggi la teoria più accreditata, cerca di spiegare le origini dell’universo. Secondo questa teoria, la materia ed energia che osserviamo oggi sarebbero esistite fin dall’inizio dei tempi.

Tuttavia, durante l’istante iniziale, il modello del Big Bang non è in grado di descrivere l’universo a causa delle complesse interazioni gravitazionali che avvengono in quella situazione di gravità quantistica. Ma poco dopo quell’istante, quando l’universo ha iniziato ad espandersi, il contenuto di materia ed energia che era presente originariamente è rimasto tale e quale, tanto da poter essere osservato ancora oggi e presumibilmente anche in futuro.

All’origine, l’universo era incredibilmente piccolo. Man mano che si espandeva, la densità, ovvero la quantità di energia per unità di volume, si è progressivamente diluita. Questo processo ha portato anche ad un progressivo raffreddamento dell’universo. Oggi, lo spazio esterno è un ambiente estremamente freddo, con la radiazione cosmica di fondo che raggiunge una temperatura di circa 2,7 kelvin, equivalenti a -270,5 °C. Al contrario, all’inizio dell’universo, questa radiazione era molto più calda. L’espansione dell’universo ha causato un abbassamento della temperatura della radiazione.

Il modello del Big Bang ci dice che tutta la materia e l’energia già esistevano dall’inizio dei tempi. Tuttavia, ciò che potrebbe essere cambiato nel corso del tempo è la natura di ciò che consideriamo materia ed energia. Le spiegazioni a questa transizione ci vengono fornite dal modello della fisica delle particelle. Secondo questo modello, le particelle possono avere una massa, e quello che si è verificato è un cambiamento nella massa di queste particelle rispetto alla temperatura che c’era in ogni momento dell’evoluzione dell’universo.

Nonostante l’espansione e il raffreddamento dell’universo abbiano portato a cambiamenti nell’energia, la quantità totale di energia rimane la stessa, dalla sua origine fino ad oggi. Nelle fasi primordiali, quando si suppone che ci fosse un’intensa agitazione termica, tutto si comportava come radiazione, ovvero come energia.

Con il raffreddamento, alcune particelle hanno iniziato a comportarsi diversamente, non più come particelle relativistiche, e l’agitazione termica si è ridotta, trasformandosi in quella che comunemente chiamiamo materia, ovvero entità con massa e velocità ridotte, come ad esempio la materia oscura. È importante ricordare che, secondo la relatività speciale, materia ed energia sono concetti che possono essere convertiti l’uno nell’altro, come dimostrato dalla celebre equazione di Einstein.

Il concetto di materia si riferisce quindi a particelle che si muovono a velocità molto più basse rispetto a quella della luce e che non sono influenzate dalla relatività speciale, cioè hanno velocità di agitazione termica notevolmente inferiori.

Mar Bastero Gil, una rinomata docente e ricercatrice del Gruppo di Fisica Teorica di Alte Energie presso l’Università di Granada, è stata menzionata nel testo originale.