Il Big Bang non è un’esplosione

Quando si parla di Big Bang, molti immaginano la stessa scena: un punto infinitamente piccolo sospeso nel vuoto, seguito da una gigantesca esplosione che scaglia materia in ogni direzione. È un’immagine intuitiva. Ed è anche uno dei più grandi equivoci della cosmologia moderna.

L’idea del Big Bang come esplosione di un punto materiale deriva in parte dalla metafora dell’atomo primordiale di Lemaître.

Quando nel 1931 il cosmologo belga propone la sua ipotesi, immagina che tutta la materia e l’energia dell’universo fossero inizialmente concentrate in uno stato estremamente compatto, che chiama primeval atom o cosmic egg. La metafora suggerisce naturalmente un oggetto finito che esplode ed è probabilmente una delle radici storiche dell’immaginario popolare del Big Bang come detonazione.

In realtà, la teoria non descrive l’esplosione di un oggetto nello spazio, bensì l’espansione dello spazio stesso. Quando diciamo che l’universo era più piccolo in passato, non significa necessariamente che tutta la materia fosse concentrata in un punto circondato dal vuoto. Significa che le distanze tra le diverse regioni dello spazio erano molto più ridotte di oggi. Questo cambia completamente il modo di immaginare l’universo.

Dove è avvenuto il Big Bang?

Dal momento che non c’è stata un’esplosione, perde significato anche la ricerca di un luogo dell’inizio. In realtà, il Big Bang non è un punto dello spazio: è un momento della sua storia.

Che l’universo fosse finito o infinito all’inizio, il Big Bang non è avvenuto in una regione particolare del cosmo. L’espansione riguarda lo spazio stesso e coinvolge ogni sua parte. Per questo non possiamo indicare una direzione del cielo e dire: «Là è accaduto il Big Bang». In un certo senso, esso è avvenuto ovunque.

Un’analogia utile è quella di un reticolo elastico che si espande uniformemente in tutte le direzioni. Con il passare del tempo le sue maglie si allargano, ma non ha senso chiedersi in quale punto sia iniziata l’espansione: essa avviene simultaneamente in ogni punto del reticolo. Lo stesso vale per il Big Bang.

Le dimensioni dell’universo primordiale

Non conosciamo le dimensioni dell’universo primordiale. Le osservazioni attuali non permettono ancora di stabilirlo con certezza e, soprattutto, le equazioni della Relatività Generale ammettono diverse possibilità.

I modelli cosmologici di Friedmann descrivono infatti l’evoluzione di universi che possono essere sia finiti sia infiniti, purché risultino omogenei e isotropi su grande scala.

Nel caso di un universo finito, esso potrebbe essere privo di confini, un po’ come la superficie di una sfera: finita, ma senza bordi. Nel caso di un universo infinito, sarebbe stato infinito fin dall’inizio, ma con densità e temperatura enormemente maggiori di quelle attuali.

In entrambi gli scenari, il Big Bang non corrisponde all’esplosione di un punto nello spazio, bensì a uno stato primordiale in cui l’intero universo era molto più caldo e denso di oggi.

Possiamo osservare il Big Bang?

Quando guardiamo una galassia distante, la vediamo com’era nel passato perché la luce impiega tempo per raggiungerci. Più lontano osserviamo, più indietro nel tempo guardiamo.

Seguendo questo ragionamento, potremmo pensare di poter osservare il Big Bang stesso. Ma esiste un limite.

Nelle prime centinaia di migliaia di anni l’universo era talmente caldo e denso da risultare opaco alla luce. I fotoni venivano continuamente assorbiti e diffusi dalle particelle cariche presenti nello spazio, proprio come accade nella nebbia, dove la luce viene continuamente deviata dalle minuscole goccioline d’acqua sospese nell’aria. Questo significa che nessun telescopio potrà mai mostrarci immagini più antiche di quell’epoca.

Eppure, una traccia di quel remoto passato esiste ancora. Quando l’universo aveva circa 380.000 anni, la materia si raffreddò a sufficienza da permettere la formazione dei primi atomi neutri e la luce fu finalmente libera di propagarsi. Quella stessa luce continua ancora oggi a viaggiare attraverso il cosmo. È la più antica testimonianza osservabile dell’universo primordiale. È la radiazione cosmica di fondo. Una delle prove più convincenti della teoria del Big Bang.