10 alternative alla teoria del Big Bang convenzionale

Terry Pratchett ha descritto la visione convenzionale della creazione dell'universo in questo modo: "All'inizio non c'era nulla, che esplose". L'attuale visione corrente della cosmologia è di un universo in espansione che ha avuto origine dal big bang, che è ben supportato da prove sotto forma di radiazione cosmica di fondo e lo spostamento di luce distante verso la fine rossa dello spettro, suggerendo che l'universo è in costante espansione.

Tuttavia, non tutti sono convinti. Nel corso degli anni sono state presentate varie e alternative visioni della cosmologia. Alcune sono interessanti speculazioni che rimangono tristemente non verificabili con la nostra attuale evidenza o tecnologia. Altri sono voli di fantasia fuorviati, che si ribellano contro il modo insopportabile in cui l'universo sembra sfidare le nozioni umane di buon senso.

10 Steady State

Secondo un manoscritto recuperato di recente da Albert Einstein, il grande scienziato ha creduto alla teoria dell'astrofisico britannico Fred Hoyle secondo cui lo spazio potrebbe continuare ad espandersi indefinitamente mantenendo una densità consistente se la nuova generazione fosse costantemente introdotta dalla generazione spontanea. Per decenni, molti considerarono Hoyle una manovella, ma il documento suggerisce che Einstein almeno avesse dato seriamente considerazione alle idee.

La teoria dello stato stazionario fu proposta nel 1948 da Hermann Bondi, Thomas Gold e Fred Hoyle. Deriva dal perfetto principio cosmologico, il quale afferma che l'universo sembra essenzialmente lo stesso da ogni luogo al suo interno in ogni momento (in senso macroscopico). Questo era filosoficamente attraente, poiché suggeriva che l'universo non ha né inizio né fine. La teoria è stata comunemente accettata da molti negli anni '50 e '60. Di fronte all'evidenza che l'universo si stava espandendo, i sostenitori suggerirono che si sarebbe creata spontaneamente una nuova materia a una velocità costante ma minima: pochi atomi per miglio cubo all'anno.

L'osservazione di quasar in galassie distanti (e quindi più antiche, dal nostro punto di vista) che non esistevano nella nostra regione stellare ha smorzato l'entusiasmo per la teoria, e alla fine è stata sfatata quando gli scienziati hanno appreso la radiazione di fondo cosmica. Tuttavia, mentre Hoyle stava promuovendo la sua teoria preferita, fece una serie di studi che dimostrarono come gli atomi più pesanti dell'elio fossero comparsi nell'universo. (Sono stati creati dall'alta temperatura e dalla pressione delle prime stelle che hanno subito il loro ciclo vitale.) Inoltre, ironicamente, è stato colui che ha coniato il termine "big bang".

9 Luce stanca

Edwin Hubble osservò che le lunghezze d'onda della luce provenienti da galassie lontane si spostavano verso l'estremità rossa dello spettro rispetto alla luce emessa dai corpi stellari vicini, suggerendo che i fotoni avessero perso energia in qualche modo. Questo "redshift" è generalmente spiegato nel contesto di un'espansione post-big bang come funzione dell'effetto Doppler. I sostenitori dei modelli di stato stazionario dell'universo suggerivano invece che i fotoni di luce perdessero energia gradualmente mentre viaggiavano attraverso lo spazio, spostandosi verso la lunghezza d'onda più lunga, meno energica estremità rossa dello spettro. Questa teoria fu proposta per la prima volta da Fritz Zwicky nel 1929.

Ci sono una varietà di problemi con la luce stanca. Primo, non c'è modo che l'energia di un fotone possa essere cambiata senza cambiare anche la sua quantità di moto, il che risulterebbe in un effetto sfocato che non osserviamo. Secondo, non spiega i modelli osservati dell'emissione luminosa delle supernovae, che invece corrispondono più strettamente ai modelli di un universo in espansione con relatività speciale che causa dilatazione del tempo. Infine, la maggior parte dei modelli per la teoria della luce stanca sono basati su un universo non in espansione, ma ciò porterebbe ad uno spettro di radiazione di fondo che non corrisponde alle nostre osservazioni. Secondo i numeri, se l'ipotesi della luce stanca fosse corretta, tutta la nostra radiazione di fondo cosmica osservata dovrebbe provenire da fonti che sono più vicine a noi della Galassia di Andromeda M31 (la nostra galassia vicina più vicina), e qualsiasi cosa al di là sarebbe invisibile a noi.

8 Inflazione eterna

La maggior parte dei modelli moderni del primo universo pongono un breve periodo di crescita esponenziale (conosciuta come inflazione) causata dall'energia del vuoto, in cui le particelle vicine si trovano rapidamente separate da vaste regioni dello spazio. Dopo questa inflazione, l'energia del vuoto decadde in una zuppa calda di plasma che alla fine formò atomi, molecole e così via. Nella teoria dell'inflazione eterna, questo processo di inflazione non è mai finito. Invece, le bolle di spazio avrebbero smesso di gonfiarsi e sarebbero entrate in uno stato di bassa energia e poi espanse nell'interno gonfiabile. Queste bolle sarebbero state come bolle di vapore in una pentola d'acqua bollente, tranne in questa analogia, la pentola si sta sempre ingrandendo.

In questa teoria, il nostro universo è una bolla tra le tante in un multiverso caratterizzato da un'inflazione continua. Un aspetto di questa teoria che può essere testabile è la nozione che due universi abbastanza vicini da incontrarsi causerebbero interruzioni nello spazio-tempo di ogni universo. Il miglior supporto per questa teoria sarebbe la prova di una tale rottura trovata nella radiazione cosmica di fondo.

Il primo modello inflazionistico fu proposto dallo scienziato sovietico Alexei Starobinksy, ma fu reso famoso in Occidente dal fisico Alan Guth, il quale teorizzò che l'universo primordiale avrebbe potuto surriscaldarsi per consentire una crescita esponenziale prima del big bang. Andrei Linde ha preso queste teorie e le ha sviluppate nella sua teoria di "espansione caotica eterna", che ha suggerito che piuttosto che richiedere un big bang, data la giusta energia potenziale, l'espansione può avvenire da qualsiasi punto nello spazio scalare e stava accadendo costantemente in tutto il multiverso.

Secondo Linde: "Invece di un universo con una singola legge della fisica, l'inflazione eterna e caotica predice un multiverso che si riproduce ed eternamente esistente in cui tutte le possibilità possono essere realizzate".

7 Mirage Black Hole 4-D

Il modello standard per il Big Bang afferma che l'universo è esploso da una singolarità infinitamente densa, ma questo rende difficile spiegare perché ha una temperatura quasi uniforme, dato il breve tempo (cosmicamente parlando) che è passato da quel violento evento. Alcuni credono che ciò possa essere spiegato da una forma sconosciuta di energia che ha fatto sì che l'universo si espandesse più velocemente della velocità della luce. Una squadra di fisici dell'Istituto perimetrale per la fisica teorica ha proposto che l'universo possa essere in realtà un miraggio 3-D generato nell'orizzonte degli eventi di una stella quadridimensionale che collassa in un buco nero.

Niayesh Afshordi ed i suoi colleghi stavano esaminando la proposta del 2000 da un team dell'Università Ludwig Maximilians di Monaco affermando che il nostro universo era solo una membrana esistente all'interno di un "universo alla rinfusa" che ha quattro dimensioni. Si sono resi conto che se questo universo di massa conteneva anche stelle 4-D, potevano comportarsi in modo simile alle loro controparti tridimensionali nel nostro universo - esplodere in supernove e collassare in buchi neri.

I buchi neri tridimensionali sono circondati da una superficie sferica chiamata orizzonte degli eventi. Mentre la superficie della superficie dell'orizzonte degli eventi di un buco nero 3-D è bidimensionale, la forma di un orizzonte degli eventi di un buco nero 4-D sarebbe tridimensionale, un'ipersfera. Quando la squadra di Afshordi ha modellato la morte di una 4-D, hanno scoperto che il materiale espulso forma una brana 3-D (membrana) attorno all'orizzonte degli eventi e lentamente si espande. Hanno quindi suggerito che il nostro universo potrebbe in realtà essere semplicemente il miraggio formato dal relitto degli strati esterni di una stella collassante quadridimensionale.

Poiché l'universo bulk 4-D può essere molto più vecchio, o persino infinitamente vecchio, questo spiega la temperatura uniforme che osserviamo nel nostro universo, sebbene alcuni dati recenti suggeriscano che potrebbero esserci delle discrepanze che meglio si adattano al modello convenzionale.

6 universo specchio

Un problema spinoso per la fisica è che quasi tutti i modelli accettati, tra cui la gravitazione, l'elettrodinamica e la relatività, funzionano altrettanto bene nella descrizione dell'universo, indipendentemente dal fatto che il tempo stia andando avanti o indietro. Nel mondo reale, sappiamo che il tempo va solo in una direzione, e la spiegazione standard per questo è che la nostra percezione del tempo è semplicemente un prodotto di entropia, in cui l'ordine si dissolve in disordine. Il problema con questa teoria è che suggerisce che il nostro universo è iniziato in uno stato di ordine elevato e in uno stato di bassa entropia. Molti scienziati sono insoddisfatti della nozione di un universo iniziale di bassa entropia che fissa la direzione del tempo.

Julian Barbour dell'Università di Oxford, Tim Koslowski dell'Università del New Brunswick e Flavio Mercati dell'Istituto perimetro per la fisica teorica hanno sviluppato una teoria che suggerisce che la gravità ha fatto sì che la direzione del tempo scorra avanti. Hanno studiato una simulazione al computer di 1000 particelle simili a punti che interagiscono tra loro, influenzate dalla gravità newtoniana. Hanno scoperto che, indipendentemente dalla loro dimensione o quantità, le particelle si sarebbero infine formate in uno stato a bassa complessità di dimensioni minime e densità massima. Quindi, il sistema di particelle si espanderebbe in entrambe le direzioni, creando due "frecce di tempo" simmetriche e opposte e creando strutture più ordinate e complesse su due percorsi.

Ciò suggerirebbe che il big bang abbia causato la creazione di non uno ma due universi, ognuno dei quali ha il tempo che scorre nella direzione opposta dell'altro. Secondo Barbour:

Questa situazione a due futuri mostrerebbe un singolo, caotico passato in entrambe le direzioni, il che significa che ci sarebbero essenzialmente due universi, uno su entrambi i lati di questo stato centrale. Se fossero abbastanza complicati, entrambe le parti potrebbero sostenere osservatori che percepirebbero il tempo andando in direzioni opposte. Qualsiasi essere intelligente avrebbe definito la loro freccia del tempo come allontanandosi da questo stato centrale. Penserebbero che ora viviamo nel loro passato più profondo.

5 Cosmologia ciclica conforme

Sir Roger Penrose, un fisico dell'Università di Oxford, sostiene che il big bang non era l'inizio dell'universo, ma solo una transizione mentre attraversava i cicli di espansione e contrazione. Penrose ha suggerito che la geometria dello spazio cambia nel tempo e diventa più intricata, come descritto da un oggetto matematico chiamato tensore di curvatura di Weyl, che inizia da zero e si ingrandisce nel tempo. Crede che i buchi neri agiscano per ridurre l'entropia nell'universo e che mentre l'universo raggiunge la fine della sua espansione, i buchi neri divoreranno la materia e l'energia rimanenti e alla fine l'un l'altra. Con il decadere della materia ei buchi neri perdono la loro energia attraverso la radiazione di Hawking, lo spazio diventa uniforme e pieno di energia inutile.

Questo introduce un concetto chiamato invarianza conforme, una simmetria di geometrie con scale diverse ma la stessa forma. Poiché l'universo non si identificherebbe più in modo apparente alle condizioni iniziali, Penrose sostiene che una trasformazione conforme farebbe sì che la geometria dello spazio si uniformasse e le particelle degradate tornassero a uno stato di entropia zero. L'universo collasserebbe su se stesso, pronto a innescare un nuovo big bang. Ciò significherebbe che l'universo è caratterizzato da un processo ripetitivo di espansione e contrazione, che Penrose divide in periodi chiamati "eoni".

Penrose e il suo compagno, Vahe Gurzadyan dell'Istituto di fisica di Yerevan in Armenia, hanno raccolto i dati satellitari della NASA sulla radiazione cosmica di fondo e hanno affermato di aver trovato 12 chiari anelli concentrici nei dati, che ritengono essere la prova di onde gravitazionali causate da buchi neri supermassicci collisione alla fine del precedente eone. Questa è la prova principale per la teoria della cosmologia ciclica conforme.

4 Cold Big Bang and Contracting Universe

Il modello standard del Big Bang postula che, dopo tutto, la materia è esplosa da una singolarità, si è mossa in un universo caldo e denso e poi ha cominciato lentamente ad espandersi per miliardi di anni. La singolarità pone alcuni problemi quando si cerca di adattarsi alla teoria della relatività generale e della meccanica quantistica, così il cosmologo Christoff Wetterich dell'Università di Heidelberg sostiene invece che l'universo potrebbe essere iniziato come un luogo freddo e in gran parte vuoto che è diventato solo più attivo perché sta contraendo, piuttosto che espandendosi come nel modello standard.

In questo modello, il redshift osservato dagli astronomi può essere causato da un aumento della massa dell'universo quando si contrae. La luce emessa dagli atomi è determinata dalla massa di particelle, con più energia che appare come luce che si muove verso lo spettro blu e meno energia che si muove verso la luce nello spettro rosso.

Il problema principale con la teoria di Wetterich è che è impossibile dimostrarlo attraverso la misurazione, poiché possiamo solo confrontare il rapporto di masse diverse, non le masse stesse. Un fisico si è lamentato del fatto che il modello è come sostenere che al posto dell'universo in espansione, il righello con cui lo misuriamo si sta restringendo. Wetterich ha detto che non considera la sua teoria un sostituto del big bang; si limita a notare che è altrettanto coerente con tutte le osservazioni note dell'universo e può essere una spiegazione più "naturale".

3 Universo vivente

Jim Carter è uno scienziato dilettante che ha sviluppato una teoria personale sull'universo basata su eterne gerarchie di "circloni", che sono ipotetici oggetti meccanici circolari. Crede che l'intera storia dell'universo possa essere spiegata come generazioni di circloni emergenti attraverso processi di riproduzione e di fissione. Ha escogitato il concetto dopo aver osservato un perfetto anello di bolle che emergeva dal suo apparato respiratorio mentre si tuffava per abalone negli anni '70 e ha perfezionato le sue teorie con esperimenti che prevedevano anelli di fumo controllati realizzati con bidoni della spazzatura e teli di gomma, che egli ritiene siano manifestazioni fisiche di un processo chiamato sincronicità di circlon.

Carter crede che la sincronicità del circlone costituisca una spiegazione migliore per la creazione dell'universo rispetto alla teoria del big bang. La sua teoria dell'universo vivente afferma che almeno un atomo di idrogeno è sempre esistito. All'inizio, un singolo atomo di antiidrogeno galleggiava in un vuoto tridimensionale. La particella aveva la stessa massa del nostro intero universo presente ed era composta da un protone caricato positivamente e un antiprotone con carica negativa. L'universo era in completa, perfetta dualità, ma l'antiprotone negativo si espandeva gravitazionalmente leggermente più velocemente del protone positivo, facendolo perdere massa relativa. Poi si fecero più vicini finché la particella negativa assorbì il positivo e formarono l'antineutron.

L'antineutrone era anche sbilanciato in massa, ma alla fine tornò in un equilibrio che lo avrebbe fatto dividere in due nuovi neutroni particella-antiparticella. Questo processo ha causato la formazione di un numero esponenzialmente crescente di neutroni, alcuni dei quali non si sono separati ma si sono anzi annientati in fotoni, che sono diventati la base dei raggi cosmici. Alla fine, l'universo divenne una massa di neutroni stabili, che esistette per un certo tempo prima di decadere e permettendo agli elettroni di accoppiarsi con i protoni per la prima volta, formando i primi atomi di idrogeno e alla fine riempiendo l'universo con elettroni e protoni interagendo violentemente per formare gli elementi . Dopo un periodo chiamato "L'era del grande fuoco congelato", abbiamo ottenuto la formazione di stelle, pianeti e coscienza.

La maggior parte dei fisici considera le idee di Carter come speculazioni fuorvianti che non reggono il rigore della ricerca empirica. In effetti, gli esperimenti di Carter con gli anelli di fumo furono usati come prova per la teoria dell'etere ora screditata 13 anni fa.

2 Universo al plasma

Mentre la cosmologia standard sostiene la gravità come la principale forza guida, la cosmologia del plasma o la teoria dell'universo elettrico, invece, pone un'enfasi molto maggiore sull'elettromagnetismo. Uno dei primi sostenitori di questa teoria fu lo psichiatra russo Immanuel Velikovsky, che scrisse un articolo del 1946 sull'argomento intitolato "Cosmos Without Gravitation", che sosteneva che la gravità è un fenomeno elettromagnetico derivante dall'interazione tra cariche atomiche, cariche libere e il magnetismo campi di soli e pianeti. Queste teorie furono ulteriormente sviluppate negli anni '70 da Ralph Juergens, il quale sostenne che le stelle erano alimentate da processi elettrici piuttosto che termonucleari.

Ci sono una varietà di diverse iterazioni della teoria, ma alcuni elementi sono generalmente gli stessi dappertutto. Le teorie dell'universo al plasma affermano che il Sole e le stelle sono alimentati elettricamente da correnti di deriva, che alcune caratteristiche della superficie planetaria sono causate dal "super-fulmine" e che le code di cometa, i diavoli marziani e la formazione delle galassie sono tutti processi elettrici. Le teorie affermano che lo spazio profondo è permeato da giganteschi filamenti di elettroni e ioni, che si torcono a causa delle forze elettromagnetiche nello spazio e creano materia fisica come le galassie.I cosmologi del plasma presumono che l'universo sia infinito sia nelle dimensioni che nell'età, il che ha limitato la sua utilità ai creazionisti nonostante la sua opposizione alla cosmologia del big bang.

Uno dei libri più influenti sull'argomento è Il Big Bang non è mai successo, scritto da Eric J. Lerner nel 1991. Sostiene che la teoria del Big Bang prevede erroneamente la densità di elementi leggeri come il deuterio, il litio 7 e l'elio-4, che i vuoti tra le galassie sono troppo vasti per essere spiegati con un post -molto periodo di tempo del botto, e che la luminosità superficiale delle galassie distanti è stata osservata come costante, mentre in un universo in espansione, la luminosità dovrebbe diminuire con la distanza dovuta al redshift. Afferma inoltre che la teoria del Big Bang richiede troppi ipotetici (inflazione, materia oscura e energia oscura) e viola la legge di conservazione dell'energia, in quanto ha l'universo emergente dal nulla.

Al contrario, sostiene, la teoria del plasma predice correttamente l'abbondanza di elementi leggeri, la struttura macroscopica dell'universo e l'assorbimento delle onde radio come causa della radiazione di fondo cosmica. Molti cosmologi sostengono che le critiche di Lerner sulla cosmologia del big bang sono basate su nozioni che erano note come errate quando ha scritto il libro, e le sue spiegazioni di osservazioni che sostengono la cosmologia del big bang causano più problemi di quanti ne possano risolvere.

1 Bindu-Vipshot

Abbiamo finora evitato storie di creazione religiosa o mitologica per l'origine dell'universo, ma possiamo fare un'eccezione per le storie di creazione indù, che possono essere riconciliate con teorie scientifiche con una facilità che sfugge alla maggior parte delle altre cosmologie religiose. Carl Sagan una volta disse: "È l'unica religione in cui le scale temporali corrispondono a quelle della moderna cosmologia scientifica. I suoi cicli vanno dal giorno e dalla notte al giorno e alla notte di Brahma, 8,64 miliardi di anni. Più a lungo dell'età della Terra o del Sole e circa la metà delle volte dal Big Bang. "

Il concetto tradizionale più vicino alla teoria del Big Bang dell'universo si può trovare nel concetto hindu di Bindu-vipshot, che significa "esplosione punto" in sanscrito. Gli inni vedici dell'antica India sostenevano che il Bindu-vipshot ha prodotto le onde sonore della sillaba "om", che sta per Brahman, the Ultimate Reality, o Godhead. La parola "Brahman" deriva dalla radice sanscrita brh, che significa "crescere in grande", che ha qualche collegamento con il big bang, come fanno con il titolo delle Scritture Shabda Brahman, che potrebbe essere collegato a sphotao "esplosione". Il suono primitivo "om" è stato interpretato come la vibrazione del big bang rilevata dagli astronomi sotto forma di radiazione cosmica di fondo.

Le Upanishad spiegano il big bang come quello (Brahman) che desidera diventare molti, cosa che ha ottenuto attraverso il big bang con un'espressione di volontà. La creazione è occasionalmente raffigurata come violao "gioco divino", con l'implicazione che l'universo è stato creato come parte di un gioco e il lancio del big bang era parte di quello. Nessun gioco è divertente quando il giocatore onnisciente sa esattamente come andrà.