Universo ecpirotico: differenze tra le versioni

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[[File:D3-brane et D2-brane.PNG|thumb|I mondi-brana: brane parallele a tre dimensioni ([[d-brane]]) composte da brane a due dimensioni ([[p-brane]]), a loro volta contenenti le [[stringa (fisica)|stringhe]]; nella figura, una stringa le collega, e le due brane possono accidentalmente collidere in un Big Splat ecpirotico]]
{{torna a|Mondo-brana}}
Il '''modello di universo ecpirotico''', in originale ''ekpyrotic universe'' o ''ekpyrotic scenario'' (dal termine [[filosofia|filosofico]] "[[ecpirosi]]", in [[Lingua greca antica|greco antico]] «[uscito] fuori dal fuoco», nel significato di "conflagrazione universale", "fine del mondo in un grande incendio cosmico" da cui rinasce un nuovo mondo), chiamato anche '''modello di Steinhardt-Turok''' (dal nome dei due ideatori) o '''Big Splat''' ("grande schiacciamento") è un modello cosmologico che è stato proposto dai fisici teorici [[Paul Steinhardt]] e [[Neil Turok]], nell'ambito della [[teoria delle stringhe]], in particolare del [[mondo-brana]] e del [[multiverso]] ([[teoria M]]), e delle teorie dell'[[universo oscillante|universo ciclico]]. Essi si basarono sulle idee di [[Justin Khoury]], [[Gabriele Veneziano]] (autore della [[cosmologia di stringa]]) e [[Burt Ovrut]].
 
L'evento della collisione gravitazionale tra brane detta Big Splat è vista come un fenomeno antecedente il [[Big Bang]], e un passaggio fondamentale nella formazione del nostro [[universo]], come previsto dal [[universo oscillante|modello ciclico]], modello cosmologico che si contende il primato come tra i più accreditati assieme al [[inflazione (cosmologia)|modello inflazionario]], con cui tuttavia non è in netto contrasto (non prevedendo però le [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]]), in quanto lo scontro delle brane spiega cosa avvenne prima dell'ultimo Big Bang, non dopo. La [[Interazione gravitazionale|gravità]] della brana vicina è percepita come [[materia oscura]]. L'enorme conflagrazione produrrebbe [[calore]] ed [[energia]] altissimi, tali da generare un'esplosione gigantesca e dare vita ad un intero e nuovo [[universo in accelerazione|universo in espansione accelerata]]; questo aumento di velocità sarebbe effetto di una [[costante cosmologica]] ([[energia oscura]], residuo della collisione gravitazionale), per terminare, e così all'infinito, in una nuova collisione e un nuovo Big Bang. A differenza dell'[[Inflazione (cosmologia)|inflazione cosmica]], però, il modello ecpirotico elimina completamente la [[singolarità gravitazionale|singolarità]] ed è considerato parzialmente una teoria di [[cosmologia non standard]], anche se rispetta comunque i parametri del [[modello Lambda-CDM]] e di quello del Big Bang, non rientrandovi completamente.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Jean-Luc |cognome=Lehners (|anno=2010) "|titolo=Ekpyrotic Nongaussianity: A Review" |rivista=Advances in Astronomy 2010:903907, |p=19 pp.|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome1=Justin |cognome1=Khoury and |nome2=Paul J. |cognome2=Steinhardt (|anno=2010) "|lingua=en|titolo=Adiabatic Ekpyrosis: Scale-Invariant Curvature Perturbations from a Single Scalar Field in a Contracting Universe"|rivista=[[Physical Review Letters|Phys. Rev. Lett.]] numero=104(9):91301, |p=4 pp. (preprint)}}</ref>
 
== I due protouniversi e la collisione ==
Il punto fondamentale di questa teoria è considerare il [[Big Bang]] come un momento importante nella formazione del nostro universo, ma non come momento iniziale e unico.<ref name=corriere/>
 
Secondo i teorici del Big Splat, prima della grande esplosione vi sarebbero stati due "protouniversi" separati, entrambi perfettamente piatti secondo le leggi della [[geometria euclidea]] ed estesi, come il nostro, su quattro [[Dimensione|dimensioni]] (tre spaziali e una temporale). Essi sono piatti, in quanto questa è la più accreditata [[forma dell'universo]]. In questi due universi non vi sarebbe stata materia come oggi la intendiamo, bensì [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]].<ref name=corriere/> Queste brane fluttuerebbero in un [[iperspazio]] detto anche "bulk".
 
Per far sì che questo modello funzioni, è necessario considerare le [[particella (fisica)|particelle]] non più come unità puntiformi adimensionali, con i problemi che ne conseguono e che sono indicati dalla [[meccanica quantistica]], ma come [[stringa (fisica)|stringhe]] ad una dimensione.<ref name=corriere/> Queste stringhe introducono l'esistenza di ulteriori dimensioni (11 in totale) e una in particolare, la settima di quelle extra (oltre le prime 4), che dividerebbe i due universi.<ref name=corriere/>
[[File:Bulk.gif|thumb|L'iperspazio detto ''bulk'' e le brane]]
[[File:Surface d'univers.PNG|thumb|left|Superficie di una brana-universo]]
Il Big Splat si sarebbe verificato quando i due universi preesistenti avrebbero avuto una collisione gravitazionale, o meglio delle collisioni in più parti (a causa di alcune [[Fluttuazione quantistica|fluttuazioni quantistiche]] casuali), arrivando così, in uno dei due che sarebbe poi diventato il nostro universo, a causare il [[Big Bang]].<ref name=corriere/> Al momento del Big Splat alcune parti dei due Universi colliderebbero infatti in anticipo rispetto ad altre, formando una quantità non uniforme di radiazione (la stessa non-uniformità viene spiegata nel modello inflazionario a causa di fluttuazioni quantistiche nel campo dell'inflatone). Questo modello, apparentemente assurdo, ha solide basi nella [[teoria M]], secondo la quale la settima dimensione dovrebbe trovarsi compressa fra due brane: nel modello ciclico, i due universi in continua collisione sono separati proprio dalla settima dimensione. L'altro protouniverso avrebbe continuato ad esistere indipendentemente o collimare anch'esso in un analogo Big Bang.<ref name=corriere/>
 
Il nostro universo, una brana tridimensionale (una delle due o una terza brana invisibile di nuova formazione), è quindi in continua collisione con un universo parallelo separato da una brevissima distanza nelle dimensioni extra. Con un periodo di qualche migliaio di miliardi di anni (circa 1 [[bilione/1000 miliardi]] di anni, ossia 1.000.000.000.000{{M|1000000000000}} o 10<sup>12</sup>), i due universi collidono in un Big Splat. Al momento della collisione, in ciascuno dei due Universi si libera una grande quantità di radiazione, che dovrebbe essere pari a quella originata dalle oscillazioni dell'[[inflatone]] secondo la teoria dell'[[inflazione (cosmologia)|inflazione]].
 
Turok e Steinhardt hanno fatto anche riferimento al racconto di [[Isaac Asimov]] ''[[L'ultima domanda]]'' per spiegare a livello divulgativo la loro teoria.<ref name=asimov>P. {{Cita|Steinhardt, N. Turok, ''Universo senza fine'', pag. |203}}</ref>
{{citazione|Per un altro intervallo senza tempo, AC pensò come potesse al meglio approdare a una conclusione. Organizzò con cura il programma. AC metteva insieme con cognizione di causa tutto ciò che un tempo era stato un Universo e ponderava ciò che ora era un Caos. Un passo dopo l'altro, una soluzione ci dev'essere. Ed ecco che AC disse: «Sia fatta la luce!» E la luce fu fatta.|I. Asimov, ''L'ultima domanda''}}
 
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== Dimensioni extra ==
Le [[Dimensione extra|dimensioni extra]] introdotte con le stringhe sarebbero rimaste secondo la teoria "arrotolate" su loro stesse nei secondi immediatamente successivi il Big Bang, rimanendo confinate in uno spazio ridottissimo e quindi non percepibile ai nostri sensi.
Queste dimensioni invisibili giacerebbero inestese nel [[Macrocosmo e microcosmo|microcosmo]] e non sarebbero, in teoria, più piccole della [[lunghezza di Planck]], detta anche lunghezza di stringa.<ref name=corriere/> Le dimensioni extra delle stringhe, finora non rilevate, si contrarrebbero ad un certo punto sotto l'effetto della gravità delle brane, generando una nuova collisione e un nuovo Big Bang.
 
==Il multiverso==
A differenza del modello più accreditato dell'[[Inflazione (cosmologia)|inflazione cosmica]] ([[inflazione eterna]]), il modello non postula per forza un [[multiverso]] non osservabile, ma un ciclo continuo che dà vita al nostro universo, e solamente (almeno nella teoria iniziale) due proto-universi a membrana. Tenta perciò di unire, nell'ambito della teoria delle stringhe - che ambisce a essere una [[teoria del tutto]] - le forze fondamentali, la teoria della [[meccanica quantistica]] e della [[relatività generale]] con le loro previsioni matematiche e fisiche, e le osservazioni riguardanti la [[materia oscura]], l'[[energia oscura]], l'[[universo in accelerazione|accelerazione dell'universo]], il [[Big Bang]], la stessa inflazione e tutte le caratteristiche visibili nell'[[universo osservabile]], spiegando l'inizio e la fine dell'universo attuale.<ref name=corriere/>
 
== La materia e l'energia oscura ==
[[File:Brane and dark matter.svg|thumb|left|Le brane e la materia oscura]]
Nella teoria del mondo-brana e dell'universo ecpirotico, la [[materia oscura]] non è altro che la forza di [[Interazione gravitazionale|gravità]] di un'altra brana e della materia ordinaria da essa contenuta, vicina ma invisibile, costituita da stringhe; alcune di queste stringhe sono visibili come particelle e collegano le brane, ede ad esse è legata anche la gravità.<ref>[[Michio {{Cita|Kaku]], ''Mondi paralleli. Un viaggio attraverso la creazione, le dimensioni superiori e il futuro del cosmo'', Torino, Ed.Codice, 2006, ISBN 88-7578-054-4}}</ref>
 
L'[[energia oscura]] è invece un'energia repulsiva prevalente nei proto-universi come una sorta di "gravità extra"<ref>Paul J. {{Cita|Steinhardt, Neil Turok, ''Universo senza fine. Oltre il big bang'', pag. |162}}</ref>, che nell'universo è utile a svuotare ogni brana dall'universo prodotto su di essa, rendendo la materia dispersa e preparando la nuova collisione, e rendendole parallele; inoltre essa funge da stabilizzatore: in questo modo una [[fluttuazione quantistica]] più energica provocata dal Big Splat/[[Big Crunch]] delle brane non allontanerebbe troppo le brane stesse e gli universi che contengono. Le brane possono così di nuovo incontrarsi sotto la spinta della normale forza di gravità, senza allungare troppo il ciclo cosmico.<ref>Paul J. {{Cita|Steinhardt, Neil Turok, ''Universo senza fine. Oltre il big bang'', pag. |197}}</ref>
 
L'energia oscura inizialmente deriva dalle precedenti collisioni, rappresentando un residuo dell'attrazione gravitazionale e un'[[energia del vuoto]], non una forza a sé stante. Anche per effetto della gravità dell'altra brana, essa aumenta l'accelerazione di espansione quando le brane lentamente si avvicinano, esaurita la spinta della collisione ([[costante cosmologica]]). Materia oscura ed energia oscura quindi hanno una comune origine, nella gravità del mondo-brana invisibile.<ref>{{Cita libro|nome1=Dave |cognome1=Goldberg, |nome2=Jeff |cognome2=Blomquist, ''|titolo=Universo istruzioni per l'uso. Come sopravvivere a buchi neri, paradossi temporali e fluttuazioni quantistiche'', |pp. =238-239}}</ref>
 
Tramite una sorta di [[selezione naturale cosmologica]] nello spazio, nella variante a [[multiverso]] ([[teoria M]]), oppure una selezione nel tempo, il nostro universo si sarebbe evoluto e sarebbe sopravvissuto e ospitale per la vita dei suoi componenti, con un perfetto equilibrio delle forze, come la [[Interazione gravitazionale|gravità]].
 
== Critiche ==
 
Alcuni criticano il Big Splat ed il modello ciclico in quanto ritenuto una versione, seppur particolare, della teoria del [[multiverso]], sviluppatasi tramite varie interpretazioni dal dopoguerra in poi, e una derivazione della teoria delle stringhe, ritenuta priva di [[Principio di falsificabilità|falsificabilità]] e non scientifica.<ref name=corriere/>
 
== Sperimentazioni ==
{{vedi anche|Teoria_delle_stringhe#Possibili_prove}}
In primo luogo, una conferma sperimentale della [[teoria delle stringhe]], ed in particolar modo della [[M-teoria M]], porterebbe a considerare veritiero il Big Splat (una delle finalità scientifiche di [[Large Hadron Collider]] va proprio in questo senso). Una eventuale rilevazione, in futuro, delle onde gravitazionali derivanti dall'origine dell'Universo invaliderebbero la teoria dell'universo ciclico e del Big Splat, in quanto espressamente non previste dopo le collisioni, cosa invece prevista dal [[Inflazione cosmica(cosmologia)|modello inflazionario]] che verrebbe candidata come teoria principale dell'origine dell'universo<ref>Turok Neil, {{Cita|Steinhardt Paul, ''L'universo senza fine'', ilSaggiatore, 2008.}}</ref>.
 
===Le onde gravitazionali===
Il modello ciclico può essere sottoposto a sperimentazioni in grado di dimostrarne la validità. In primo luogo, il modello ciclico si basa interamente sulla teoria M e, più in generale, sulla [[teoria delle superstringhe]]: se quest'ultima teoria venisse invalidata dai dati sperimentali, il modello ciclico e la stessa teoria dei mondi-brana risulterebbero false. In secondo luogo, un esperimento più diretto per confermare il modello inflazionario, ed invalidare la teoria dei mondi-brana, potrebbe essere effettuato da sonde in grado di rivelare le onde gravitazionali: secondo il modello inflazionario, infatti, le oscillazioni dell'[[inflatone]] hanno portato a distorsioni dello spazio-tempo (delle [[Onda gravitazionale|onde gravitazionali]]) percepibili anche nell'Universo attuale, mentre nel modello ciclico il Big Splat non origina onde gravitazionali. Una verifica del modello ciclico che ne confermi la validità potrebbe rappresentare una prova sperimentale a favore della stessa [[teoria delle superstringhe]].
 
In riferimento ai dati di [[BICEP|BICEP2]] del marzo 2014 che confermerebbero la veridicità della teoria inflazionaria (cosa che ha fatto abbandonare la sua teoria a Steinhardt, che è tornato a sostenere l'inflazione, salvo poi cambiare nuovamente idea dopo poco), [[Michio Kaku]], esperto di teoria M, afferma che il Big Splat non contraddice l'inflazione o il Big Bang, bensì vuole dare una spiegazione del perché siano avvenuti, occupandosi di ciò che avvenne prima della nascita dell'attuale universo.<ref>[{{Cita web|url=https://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=6782 |titolo=News Math Columbia]|lingua=en}}</ref> Non essendo rilevate, a un'attenta analisi dei dati, le onde gravitazionali, il modello resta ancora fattibile e verificabile. Comunque, il multiverso dell'[[inflazione eterna]], specie la cosiddetta teoria delle bolle, ha somiglianze con quello delle brane, che talvolta sono state descritte come bolle di forma particolare, ma in esso il nostro universo non è ciclico.<ref>{{Cita libro|autore=[[Stephen Hawking]], ''|titolo=L'universo in un guscio di noce'', "Il mondo brana"}}</ref>
 
===Le possibili sperimentazioni===
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* si verificasse una predizione della teoria delle stringhe o delle superstringhe
 
Anche esperimenti astronomici potrebbero fornire validità a queste teorie. Affermando che la struttura fondamentale della natura è fatta di stringhe e non di punti, la teoria delle stringhe stabilisce la scala minima con cui possiamo considerare il mondo (la lunghezza delle stringhe). Per provare a risolvere questa dicotomia, un gruppo di fisici della Towson University ha sostenuto che, calcolando le posizioni dei pianeti del [[sistema solare]], i ricercatori possano trovare nuovi limiti oltre i quali è possibile misurare gli effetti della teoria delle stringhe, trovando allo stesso tempo prove della violazione del [[principio di equivalenza]] [[einsteinAlbert Einstein|einsteiniano]]iano. Queste prove al momento sono state solo ipotizzate, ma dovrebbero comprendere la leggera violazione di tre leggi della fisica astronomica: la [[Leggi di Keplero#Terza Legge (Legge dei periodi, 1619)|terza legge di Keplero]], il principio dei [[punti di Lagrange]] e la [[polarizzazione orbitale]], anche conosciuta come [[effetto Nordtvedt]], una delle [[prove della relatività generale]] (assieme alle contestate onde gravitazionali).<ref>[{{Cita web|url=http://www.media.inaf.it/2014/01/07/teoria-stringhe-esperimento/ ''|titolo=Teoria delle stringhe? La prova dallo spazio'']}}</ref>
 
==Le fasi del multiverso ecpirotico secondo Turok==
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#possibile inflazione;
#formazione del nostro universo (nella nostra brana) e di possibili altri universi;
#possibile nuovo scontro tra brane e "amnesia cosmica", con nuovo universo.<ref name=corriere>[{{Cita web|url=http://www.corriere.it/Primo_Piano/Scienze_e_Tecnologie/2007/08_Agosto/30/prima_big_bang_newton.shtml ''|titolo=Cosa c'era prima del Big Bang?'']|nome=Roberto|cognome=Trotta|accesso=5 aprile 2020|data=30 agosto 2007}}</ref>
 
== Note ==
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==Bibliografia==
* {{Cita libro|autore=[[Brian Greene]], ''|titolo=[[La trama del cosmo]]'', |città=Torino, |editore=Einaudi, |anno=2004, |ISBN =88-06-16962-9}}
* {{cita libro|autore=[[Brian Greene]], ''|titolo=[[L'universo elegante|L'universo elegante. Superstringhe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria ultima]]'', |editore=collana Super ET, Einaudi, |anno=2005, |pp. =396, |ISBN =0-375-70811-1.}}
* {{Cita libro|autore=[[Michio Kaku]], ''|titolo=Mondi paralleli. Un viaggio attraverso la creazione, le dimensioni superiori e il futuro del cosmo'', |città=Torino, |editore=Ed.Codice, |anno=2006, |ISBN =88-7578-054-4|cid=Kaku}}
* {{Cita libro|autore1=[[Paul Steinhardt]], |autore2=[[Neil Turok]], ''|titolo=Universo senza fine. Oltre il big bang'', 2010|cid=Steinhardt}}
 
== Voci correlate ==