Il modello inflazionario  (teoria di Guth)

 

 

Dato che la velocità della luce e' finita, anche se molto grande, quella che ci arriva oggi da galassie molto distanti e' partita milioni o miliardi di anni fa, quindi ci fornisce un'immagine di come queste erano milioni o miliardi di anni prima, durante le prime fasi della loro vita. Più distante e' un oggetto nello spazio, più "giovane" lo vediamo.La galassia più vicina alla nostra, quella di Andromeda, dista da noi "soltanto" due milioni di anni luce, ma con gli attuali strumenti e' possibile osservare galassie e quasar distanti anche 13 miliardi di anni luce, cioè molto giovani.

Come abbiamo visto, più una galassia e' distante e più velocemente si allontana da noi. Dato che la velocità di allontanamento di una galassia viene misurata tramite il redshift (spostamento verso il rosso) del suo spettro, le galassie lontanissime vengono dette "galassie ad alto redshift".La loro osservazione e' di estremo interesse per i cosmologi, dato che può fornire informazioni sull' Universo nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang. Per questo motivo sono stati costruiti strumenti astronomici come il Telescopio Spaziale Hubble e i nuovi telescopi giganti a terra. Questi ultimi hanno diametri di 8-10 metri e sono dotati di particolari ottiche per correggere le deformazioni delle immagini dovute al disturbo atmosferico. Questi strumenti saranno in grado di compiere osservazioni sempre più profonde dello spazio, cioè sempre più indietro nel tempo.

Non tutto l'Universo, comunque, e' accessibile alle nostre osservazioni, indipendentemente dalla potenza degli strumenti astronomici: se osserviamo per esempio una galassia distante 10 miliardi di anni luce, possiamo osservarla soltanto com'era 10 miliardi di anni fa, ma non com'era, poniamo, 8 miliardi di anni fa: la luce che essa ha emesso in quel momento ci arriverà solo tra 2 miliardi di anni. Ovvero, in ogni istante ci sono settori dello spazio e del tempo (o meglio, dello spazio-tempo) che sono a noi inaccessibili, così come parte del nostro passato e' inaccessibile a galassie lontane. Questo definisce il cosiddetto "orizzonte cosmologico", cioè quel settore dello spazio-tempo accessibile a noi. Di tutto quello che sta al di fuori dell'orizzonte non possiamo avere informazioni. L'orizzonte cosmologico ha costituito un problema per la teoria del Big Bang.Se due oggetti nello spazio sono in grado di comunicare tra loro per mezzo di un "segnale" (meccanico o luminoso), si dice che sono in contatto causale, nel senso che l'uno può provocare nell'altro un effetto, in conseguenza del segnale che gli invia (per esempio una perturbazione meccanica, o un irraggiamento luminoso).I segnali viaggiano nello spazio ad una velocità finita, quindi gli effetti di un segnale emesso da un oggetto sull'altro, si faranno sentire solo dopo un certo tempo, tanto maggiore tanto più distanti essi sono. La regione dello spazio-tempo entro la quale un corpo può avere con altri una relazione causa-effetto, si dice "orizzonte causale".Dove sta il problema ? Anche se vi sono addensamenti di galassie ed ammassi e regioni relativamente "vuote", l'Universo appare nel complesso omogeneo e isotropo (cioè ha le stesse proprietà nei vari punti dello spazio e nelle varie direzioni). Anche regioni dell'Universo tra loro molto lontane, ciascuna al di fuori dell'orizzonte causale dell'altra, sembrano avere proprietà simili. Nemmeno la luce, il segnale che viaggia più veloce, avrebbe potuto metterle in contatto causa-effetto. Come hanno fatto allora a comunicarsi le informazioni che hanno permesso loro di "accordarsi" su proprietà simili ?

Nei primi anni '80, Alan Guth propose una modifica al modello classico del Big Bang, il cosiddetto "modello inflazionario". Esso prevede che nei primi istanti di vita dopo il Big Bang, precisamente dopo 10-35 secondi, l'Universo abbia subito una rapidissima espansione, detta "inflazione", che nel giro di 10-32 secondi ha aumentato le sue dimensioni di un fattore 1050. Dopo questa fase, l'evoluzione sarebbe proseguita secondo la teoria classica del Big Bang. Prima della fase inflattiva l'Universo era così piccolo che le galassie che adesso sono al di fuori dei rispettivi orizzonti causali potevano trovarsi in contatto causa-effetto. Viene così risolto il problema dell'orizzonte, così come altri problemi della teoria classica del Big Bang.

Qual e' stata la causa del fenomeno inflazionario ? Secondo Guth, essa va ricercata nell'ambito delle teorie recenti della fisica, che cercano di unificare le quattro interazioni fondamentali: la forza gravitazionale, quella elettromagnetica, quella debole e quella nucleare forte. Queste quattro forze sarebbero manifestazioni diverse di un'unica interazione.Alle altissime temperature e densità dei primi istanti di vita dell'Universo, esse erano la stessa cosa; si sarebbero poi diversificate nel tempo, via via che l'Universo si raffreddava e si espandeva. Fu proprio durante questo processo di diversificazione che avvenne l'inflazione.