C'è un prima del Big Bang

CESENA. Che cosa c’era prima del Big Bang? Una risposta ad una delle domande più complicate del mondo scientifico arriva da uno studioso locale.

Nato a Cesena nel 1952, autore di 200 pubblicazioni, Maurizio Gasperini si è laureato in fisica a Bologna, è stato ricercatore all’Università di Torino dal 1983 al 1998 e dal 2001 è professore ordinario all’Università di Bari.

Al Cern ha lavorato con Gabriele Veneziano, padre del concetto di “stringa”, per elaborare un modello di universo primordiale che supera la “singolarità” del Big Bang introducendo per la prima volta il “pre-Big Bang”. Il tutto è diventato un libro edito da Springer, dove Gasperini traccia in modo divulgativo (ma pur sempre per lettori ben preparati) il quadro concettuale in cui si muovono la fisica delle particelle e la cosmologia dei nostri giorni.

Argomento “tosto”, dunque. Che cosa c’era prima del Big Bang? Fino a qualche anno fa i fisici reagivano a questa domanda con insofferenza. Il tempo, rispondevano, è nato con il Big Bang, quindi non può esserci un prima. Ora le cose sono cambiate, il pre-Big Bang non è più un tabù. Ma per capire come mai bisogna prenderla un po’ alla lontana.

Newton dimostrò che è la stessa forza a far cadere le mele ed a tenere la Luna in orbita intorno alla Terra. Dunque la legge di gravità funziona su distanze di qualche metro e di 400 mila chilometri. Osservando stelle doppie, gli astronomi hanno verificato che funziona anche a migliaia di anni luce da noi. Ma la regola secondo cui l’attrazione tra due masse diminuisce con l’inverso del quadrato della distanza è davvero universale?

La legge di Newton è un caso particolare della relatività generale di Einstein, e precisamente il caso nel quale lo spazio è sostanzialmente euclideo; per le grandi distanze invece abbiamo due osservazioni con cui fare i conti: 1) da più di mezzo secolo si sa che le galassie non ruotano rispettando Newton se consideriamo solo le loro stelle; 2) dal 1998 è noto che l’universo lontano accelera il suo moto di espansione come se avvertisse una sorta di gravità negativa o anti-gravità.

Per spiegare la prima osservazione gli astrofisici hanno introdotto la cosiddetta “materia oscura”: così le stelle diventano “traccianti” di qualcosa che non si vede e tutto funziona rispettando l’inverso del quadrato. Per spiegare la 2ª osservazione la procedura adottata è simile, ma si ipotizza la presenza di una “energia oscura”.

L’esito finale è imbarazzante: perché i conti tornino salvando Newton, la materia oscura deve rappresentare circa il 25% dell’universo e l’energia oscura circa il 70. Conclusione: del cosmo conosciamo direttamente (si fa per dire) solo il 5%.

Torniamo alla legge di Newton. Sempre prescindendo - per non complicarci la vita - dalla relatività generale, è lecito affermare che l’uomo l’abbia verificata abbastanza bene su scala astronomica. Possiamo affermare la stessa cosa per le piccole distanze? La risposta è no. Molti si stupiranno apprendendo che non ci sono esperimenti che dimostrino la progressione secondo l’inverso del quadrato su distanze inferiori a 0,2 millimetri. Tra questa misura e le dimensioni atomiche, sulle quali si fanno sentire gli effetti della meccanica dei quanti, c’è un abisso. Di ignoranza.

E se a piccola scala l’inverso del quadrato diventasse l’inverso del cubo, o altro? E se ci fosse qualche altra forza che agisce su scala submillimetrica ma super-nucleare? E se la “carica” gravitazionale cambiasse a seconda dei materiali contraddicendo, su piccole distanze, lo storico esperimento con cui si dimostrò l’equivalenza di massa gravitazionale e massa inerziale, equivalenza oggi verificata fino a una parte su 100 miliardi?

Maurizio Gasperini parte da questi ragionamenti tutto sommato semplici (ma da mal di testa soprattutto se non si hanno nozioni di Fisica, almeno di base) nelle prime pagine del suo libro “Gravità, stringhe e particelle” per poi avventurarsi nell’impervio territorio delle teorie in 11 dimensioni che cercano di mettere d’accordo l’estremamente piccolo con l’estremamente grande e la meccanica dei quanti con la gravità. Aprendo così un varco al pre-Big Bang.

Siamo in un mondo ancora non sperimentato e quindi “astratto”. Per ora fuori dalla scienza.

La lunghezza di Planck (10 alla meno 33 centimetri) e il dominio di energia implicati da queste teorie sono lontanissimi dalle dimensioni e dalle energie oggi esplorabili anche con il più potente degli acceleratori, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern. Quando Lhc sarà in grado di raggiungere la massima energia (tra qualche mese) saremo ancora su distanze intorno a 10 alla meno 15 centimetri. Indietro di più della metà, insomma, rispetto a ciò che servirebbe a dimostrare le nuove teorie.

Il valore di una teoria si misura, più che sulla sua capacità di spiegare i fatti noti, sulla capacità di prevedere fenomeni non ancora osservati ma verificabili. Ora che il telescopio Bicep-2 al Polo Sud ha individuato nella radiazione cosmica di fondo un segnale delle onde gravitazionali primordiali, si può leggere con qualche speranza l’ultima pagina del libro di Gasperini, dove si prospetta la rivelazione diretta dei gravitoni fossili. «Osservare direttamente i gravitoni fossili prodotti dall’inflazione - scrive Gasperini - rappresenta una sfida per la fisica sperimentale dei prossimi anni. Se dovessimo ottenere risultati potremmo confrontare l’intensità della radiazione gravitazionale alle basse e alle alte frequenze, determinare il tipo di spettro e sapere così se i gravitoni sono stati emessi prima o dopo l’epoca del Big Bang».