La teoria del Big Bang è la spiegazione più conosciuta e più accettata per l'inizio e l'evoluzione dell'universo, ma non è certo un consenso tra gli scienziati.

Il fisico brasiliano Juliano Cesar Silva Neves fa parte di un gruppo di ricercatori che osano immaginare un'origine diversa. In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Relatività Generale e Gravitazione , Neves suggerisce l'eliminazione di un aspetto chiave del modello cosmologico standard:la necessità di una singolarità spazio-temporale nota come Big Bang.

Nell'innalzare questa possibilità, Neves sfida l'idea che il tempo abbia avuto un inizio e reintroduce la possibilità che l'attuale espansione sia stata preceduta da una contrazione. "Credo che il Big Bang non sia mai accaduto, " disse il fisico che lavora come ricercatore presso l'Università di Matematica di Campinas, Istituto di statistica e calcolo scientifico (IMECC-UNICAMP) nello stato di San Paolo, Brasile.

Per Neve, la fase di rapida espansione spaziotemporale non esclude la possibilità di una precedente fase di contrazione. Inoltre, il passaggio dalla contrazione all'espansione potrebbe non aver distrutto ogni traccia della fase precedente.

L'articolo, che riflette il lavoro sviluppato nell'ambito del Progetto Tematico "Fisica e geometria dello spaziotempo, considera le soluzioni delle equazioni della relatività generale che descrivono la geometria del cosmo e poi propone l'introduzione di un "fattore di scala" che faccia dipendere la velocità di espansione dell'universo non solo dal tempo ma anche dalla scala cosmologica.

"Per misurare la velocità con cui l'universo si sta espandendo con la cosmologia standard in cui c'è un Big Bang, si usa una funzione matematica che dipende solo dal tempo cosmologico, " disse Neve, che ha elaborato l'idea con il professor Alberto Vazques Saa di IMECC-UNICAMP.

Con il fattore di scala, il Big Bang stesso, una singolarità cosmologica, cessa di essere una condizione necessaria perché il cosmo inizi l'espansione universale. Un concetto della matematica che esprime l'indeterminatezza, il termine "singolarità" è stato usato dai cosmologi per caratterizzare lo stato cosmologico primordiale che esisteva 13,8 miliardi di anni fa, quando tutta la materia e l'energia furono compresse in uno stato di densità e temperatura infinite, dove le tradizionali leggi della fisica non si applicano più.

La teoria del Big Bang ha le sue origini alla fine degli anni '20, quando l'astronomo statunitense Edwin Hubble scoprì che quasi tutte le galassie si stanno allontanando l'una dall'altra a velocità sempre più elevate.

Dagli anni '40 in poi, gli scienziati guidati dalla teoria della relatività generale di Einstein hanno costruito un modello dettagliato dell'evoluzione dell'universo dal Big Bang. Il modello potrebbe portare a tre possibili esiti:l'espansione infinita dell'universo a velocità sempre più elevate; la stagnazione dell'espansione su base permanente; o un processo inverso di retrazione causato dall'attrazione gravitazionale esercitata dalla massa dell'universo, conosciuto come il Big Crunch.

"L'eliminazione della singolarità o Big Bang riporta l'universo che rimbalza sullo stadio teorico della cosmologia. L'assenza di una singolarità all'inizio dello spaziotempo apre la possibilità che le vestigia di una precedente fase di contrazione possano aver resistito al cambiamento di fase e possano ancora sii con noi nella continua espansione dell'universo, " ha detto Neve.

Neves concettualizza che la "cosmologia che rimbalza" è radicata nell'ipotesi che il Big Crunch avrebbe lasciato il posto a un'eterna successione di universi, creare condizioni estreme di densità e temperatura per provocare una nuova inversione nel processo, lasciando il posto all'espansione in un altro rimbalzo.

Resti di contrazione

I buchi neri sono il punto di partenza delle indagini di Neves su un teorico "Universo rimbalzante".

"Chi lo sa, potrebbero esserci resti di buchi neri nell'espansione in corso che risalgono alla precedente fase di contrazione e sono passati intatti attraverso il collo di bottiglia del rimbalzo, " Egli ha detto.

Composto dal nucleo imploso rimasto dopo l'esplosione di una stella gigante, i buchi neri sono una specie di oggetto cosmico il cui nucleo si è contratto per formare una singolarità, un punto con densità infinita e la più forte attrazione gravitazionale conosciuta. Nulla sfugge da esso, nemmeno luce.

Secondo Neves, un buco nero non è definito dalla singolarità, ma piuttosto da un orizzonte degli eventi, una membrana che indica il punto di non ritorno dal quale nulla sfugge all'inesorabile destino di essere inghiottito e distrutto dalla singolarità.

"Fuori dall'orizzonte degli eventi di un normale buco nero, non ci sono grandi cambiamenti, ma al suo interno, i cambiamenti sono profondi. C'è uno spaziotempo diverso che evita la formazione di una singolarità".

Il fattore di scala formulato da Neves e Saa è stato ispirato dal fisico statunitense James Bardeen. Nel 1968, Berdeen ha usato un trucco matematico per modificare la soluzione delle equazioni della relatività generale che descrivono i buchi neri.

Il trucco consisteva nel pensare alla massa di un buco nero non come una costante, come già accaduto in precedenza, ma come una funzione che dipende dalla distanza dal centro del buco nero. Con questo cambiamento, un buco nero diverso, definito un buco nero regolare, emerse dalla soluzione delle equazioni. "I buchi neri regolari sono consentiti, poiché non violano la relatività generale. Il concetto non è nuovo ed è stato spesso rivisitato negli ultimi decenni, " disse Neve.

Poiché l'inserimento di un trucco matematico nelle equazioni della relatività generale potrebbe impedire la formazione di singolarità nei buchi neri regolari, Neves ha pensato di creare un artificio simile per eliminare la singolarità con un rimbalzo regolare.

Nella scienza moderna, una teoria non ha valore se non può essere verificata, per quanto bello e stimolante possa essere. Come si verifica l'ipotesi di un Big Bang che non sia iniziato con una singolarità? "Cercando tracce degli eventi in una fase di contrazione che potrebbero essere rimaste nella fase di espansione in corso. I candidati includono i resti di buchi neri di una precedente fase di contrazione universale che potrebbero essere sopravvissuti al rimbalzo, " ha detto Neve.