Inflazione

Di solito le domande fondamentali che l'uomo si pone sull'Universo riguardano principalmente la sua grande età e la sua grandezza. Oggi noi abbiamo a disposizione una buona teoria, il big bang, che è in grado di spiegare ciò che è successo da dopo il tempo di Planck fino ad oggi, ma non riesce a dir nulla sulla singolarità iniziale. Il primo difetto che può venire in mente pensando al BB, e il problema della piattezza, cioè l'Universo per circa 14 mld di anni ha tenuto il parametro di densità molto vicino al valore di uno. Ma questo non è l'unico; infatti occorre aggiungere il problema del'orizzonte e dei monopoli, che in un altro momento spiegherò. Nello scenario del modello standard questi problemi erano più che altro trattati come sintonizzazioni fini, e si può quindi comprendere come il modello pre-inflazionario fosse incompleto. Anche tuttora si può parlare di sintonizzazioni fini, ma in un senso un pò diverso. Ad ogni modo questi problemi portarono Guth nel 1981 a concepire l'idea inflazionaria (in realtà c'era odore di inflazione anche prima). Egli pensò che i succitati problemi potessero essere risolti se l'Universo avesse deciso in un'epoca primordiale, per cui nei suoi primi istanti di vita, di vivere un periodo di espansione accelereta in modo tale da sincronizzare per bene tutte le sue parti e da omogeneizzarsi al meglio, ma sempre da permettere poi, in futuro, la formazione delle strutture. Per capire cosa sta sotto l'inflazione, occorre definire un concetto fisico. Senza condizioni stringenti, definiamo transizione di fase, il passaggio di un determinato sistema, da uno stato disordinato, che sarà caratterizzato da un certo grado di simmetria, ad uno stato ordinato caratterizzato da un grado di simmetria più basso. Colui che però definisce l'equazione del moto, l'Hamiltoniano, conserva sempre lo stesso grado di simmetria. Sono le equazioni che descrivono gli stati ordinati ad avere meno grado di simmetria, perchè in un certo senso è come obbligare il sistema a scegliere. Se ad esempio pensiamo all'oscillatore armonico, conoscerò la soluzione generale e a meno di due costanti di integrazione anche quella particolare. Quando dò un valore alle due costanti, sto scegliendo tra le possibili soluzioni, e quindi obbligando il sistema ad una scelta. Al periodo delle GUT vi erano i presupposti inflazionari e ciò che accadde fu proprio una cosa del tutto analoga a quanto descritto sopra. Quando la temperatura era superiore a T_GUT il sistema (l'Universo) era in quello che viene chiamato falso vuoto. Dopo, col calare di T, evolve verso il vero vuoto ove dissipa l'energia stemperando nuovamente l'Universo (cioè se stesso). Chiaramente a parole tutto può essere semplice, e sicuramente si potrebbe obiettare su molte cose. L'evoluzione verso il vero vuoto, che peraltro è molto lenta, fa si che in quel periodo l'Universo acceleri tantissimo, aumentando in modo spropositato le sue dimensioni. Ma allora ci si chiede: chi veramente determina tale espansione? Associata al vuoto, vi è è una densità e una pressione chiaramente legate da una qualche equazione di stato. Si può dire, senza perdere in generalità, che pressione e densità sono proporzionali per via di un fattore w. I valori Friedmanniani per w sono maggiori di zero, e ciò permette alle soluzioni delle equazioni di Friedmann di poter essere solo decelerate. Ma il vuoto ha associato ad esso un valore negativo di w, precisamente w=-1, cioè, in altri termini, una pressione negativa. Il valore che si trova per la densità del vuoto è davvero spaventoso, quasi inimmaginabile. Questo alto valore permise all'Universo di vivere un periodo inflazionario e di risolvere i suoi priblemi intrinseci. L'unico problema che io personalmente riconosco nell'inflazione, è il fatto di non riuscire a spiegare se stessa. Non c'è infatti alcun motivo fisico per un suo spegnimento. Ma su questo concetto tornerò a breve in un altro post.