L'ipotesi del Big Crunch presuppone che l'attuale espansione dell'universo finirà per fermarsi e invertirsi, riunendo tutta la materia in un punto infinitamente caldo e denso, una singolarità, innescando potenzialmente un nuovo ciclo di nascita cosmica.
Circa 13,8 miliardi di anni fa, tutto lo spazio, il tempo, la materia e l’energia erano confinati in una singolarità. Si espanse in modo esplosivo, raffreddandosi da una temperatura iniziale che avrebbe superato i 10 32 K ai ~3000°C che hanno permesso a protoni ed elettroni di combinarsi in idrogeno ed elio entro ~300.000 anni.
Le prime fluttuazioni della densità, non più grandi di una parte su 100.000, hanno dato origine alla struttura su larga scala che osserviamo oggi:galassie, ammassi e rete cosmica.
Le osservazioni di Edwin Hubble del 1929 della luce spostata verso il rosso proveniente da galassie distanti stabilirono che l’universo è in espansione. Più una galassia è lontana, più velocemente si allontana:legge di Hubble:v=H0 d .La scoperta dello sfondo cosmico a microonde nel 1965 ha fornito un'istantanea dell'universo a 380.000 anni, confermando il modello del Big Bang.
Tre geometrie nascono dalla densità complessiva dell’universo (Ω):
Le misurazioni del satellite Planck indicano Ω≈1,00±0,005, favorendo un universo piatto o leggermente aperto, anche se permangono incertezze.
L'espansione è guidata dall'energia cinetica iniziale del Big Bang, mentre la gravità attira insieme la materia. La densità critica, ρc , separa gli universi aperti da quelli chiusi. Il rapporto Ω=ρ/ρc determina il destino:
Le osservazioni di distanti supernove di tipo Ia nel 1998 hanno rivelato che l’espansione dell’universo sta accelerando, non rallentando. Questa accelerazione è attribuita all'energia oscura, che costituisce circa il 73% del bilancio energetico cosmico, rispetto al 23% della materia oscura e al 4% della materia barionica ordinaria (Brecher, 2004).
L'energia oscura esercita una pressione repulsiva (la costante cosmologica, Λ), contrastando la gravità. Se domina l’energia oscura, non si può formare un universo chiuso; il cosmo si espanderà per sempre, raggiungendo potenzialmente uno scenario di morte termica.
Se Ω dovesse superare il valore critico, ne conseguirebbe il collasso gravitazionale. Le galassie si fonderebbero in un'unica supergalassia; le stelle si accenderebbero e morirebbero, i buchi neri si fonderebbero in una gigantesca singolarità. In teoria, questa singolarità potrebbe "rimbalzare" - il Big Bounce - dando inizio a un nuovo Big Bang e a un nuovo ciclo cosmico.
Modelli alternativi di Steinhardt e Turok (2002) propongono che l'energia oscura spinga l'universo verso una fase in cui si divide in molteplici regioni causalmente disconnesse, ciascuna delle quali subisce il proprio Big Bang, evitando così un singolare collasso.
1. Grande Crunch: Collassare in una singolarità.
2. Grande strappo: L’espansione accelerata fa a pezzi tutte le strutture.
3. Grande congelamento (morte termica): L’espansione infinita arresta la formazione stellare; l'universo diventa freddo e oscuro.
Le osservazioni attuali favoriscono un’espansione accelerata dominata dall’energia oscura, rendendo improbabile un Big Crunch. Tuttavia, le incertezze sulla natura dell'energia oscura fanno sì che il dibattito continui.
Il Big Bounce è un meccanismo speculativo mediante il quale un universo che sta collassando rimbalza, creando un nuovo Big Bang e ripristinando il ciclo cosmico.
