Ciao a tutti,

ecco brevemente la mia opinione riguardo al big bang.

Innanzitutto parto col dire che a mio avviso è una teoria ancora molto incompleta, e che per vari motivi (la cosmologia in generale) non mi ha mai interessato molto.
Nonostante questo è chiaro come sia a tutt'oggi la migliore teoria di cui disponiamo per spiegare l'origine del cosmo.

Premetto che è veramente veramente difficile parlare di questo argomento senza usare termini tecnici e argomenti complicati, quindi potrei risultare a volte semplicista, altre oscuro. Mi scuso in anticipo.

Detto questo posso cominciare dividendo il problema in 3 parti: osservazioni, modelli cosmologici, relatività e problemi, altre teorie e loro conseguenze.


Osservazioni
Cominciamo con l'introdurre un concetto ovvio ma importante. Da più di cento anni abbiamo conquistato la conoscenza riguardo la luce e la sua velocità di propagazione, che non è infinita (e viene chiamata c).
Questo concetto ci ha fatto capire che ciò che vediamo (le cose "sicuti apparent" per dirla alla Kant), non è ciò che realmente c'è in quel momento (che sarebbero le cose "sicuti sunt"), ma è quello che c'era un po' di tempo fa (dipende da quanto tempo la luce ha impiegato per raggiungerci).
Chiaramente questo concetto, se unito alle trasformazioni di Lorentz, chiama in causa il cono di luce ed il concetto stesso di simultaneità perde di significato. Ma per questa discussione possiamo ignorare questa conseguenza (perfettamente inquadrata nello spirito Kantiano appena nominato).

Insomma il concetto è che se prendiamo un telescopio e guardiamo sempre più lontano, non facciamo altro che guardare le zone che stiamo osservando "come ERANO" al momento in cui hanno emesso la luce che ci sta raggiungendo. Per questo se vediamo una galassia ad un miliardo di anni luce, in realtà la stiamo guardando com'era un miliardo di anni fa...
Andando sempre più lontano arriviamo fino alla radiazione di fondo, che faccio prima a linkarvi su wikipedia: http://it.wikipedia.org/wiki/Radiazione_cosmica_di_fondo
Poiché questa radiazione arriva da ogni direzione con la stessa intensità (gli esperimenti dicono che a seconda della direzione c'è una variazione di circa 10 alla meno 4) si può mostrare che è una traccia dei primi istanti della vita dell'universo, e che questo all'epoca era di dimensioni infinitesime.

A parte questo, il concetto generale è che possiamo seguire il passato dell'universo semplicemente guardando sempre più lontano (ovvero indietro nel tempo).
Usando questo meccanismo per fare osservazioni, e usando la relatività generale che finora è l'unica teoria che fornisce risultati buoni, si arriva a costruire una cosmologia.
Chiaramente questo tipo di teorie fa una infinità di previsioni, e noi abbiamo una gigantesca serie di dati sperimentali astrofisici su cui testare i modelli. A tutt'oggi certi parametri sono stati misurati con precisione molto elevata.
Il punto è che la teoria semplice semplice non tornava con i dati sperimentali, che in fisica e sono sempre i padroni della verità.

Sostanzialmente il problema più grande è quello dell'inflazione.
http://it.wikipedia.org/wiki/Inflazione_%28cosmologia%29 (la pagina è breve, può essere più esaustiva la corrispondente in inglese)

Ma sono importanti anche quelli di materia ed energia oscure (sempre wiki è un buon inizio).

Quindi non c'era dubbio, la teoria andava cambiata.
Ma come?


Modelli cosmologici, relatività e problemi
Le possibilità sono in linea di principio infinite, ma comunque ci sono dei vincoli legati ai dati sperimentali.
Ad esempio l'universo prima era piccolo, non c'erano stelle, e tante altre cose...
A questo punto puoi fare in generale due cose: prendere la relatività, che finora ha sempre funzionato, e cercare di capire perché ora non funziona, e quindi se per caso sei stato tu a sbagliare qualcosa.
Oppure puoi decidere di inventare una teoria nuova (che però deve riprodurre anche tutti gli altri risultati sperimentali in cui invece la relatività generale è pienamente confermata).

Tutti i fisici che hanno provato a inventare nuove teorie non hanno ottenuto (almeno finora) niente di che.

Invece i relativisti hanno ottenuto molto: hanno visto che se ammettiamo l'esistenza di altre particelle finora sconosciute (e chi siamo noi per poter dire che dobbiamo conoscerle tutte? Non conoscevamo neanche l'elettrone duecento anni fa... non sapevamo neanche che il mondo era fatto di atomi!) i dati sperimentali tornano molto bene.

E così ecco spuntare l'inflatone, la materia oscura e l'energia oscura. Oltretutto non ci sarebbe neanche tanto da stupirsi per queste particelle, d'altronde il mondo di tutti i giorni (tralasciando le particelle da laboratorio) è fatto da una serie di particelle molto diverse tra loro.

Quark.............Fermione.....Spin 1/2......interazione forte, elettro-debole e gravitazionale
Elettrone........Fermione.....Spin 1/2......interazione elettro-debole e gravitazionale
Fotone............Bosone........Spin 1.........interazione elettromagnetica e gravitazionale
Neutrino.........Fermione.....Spin 1/2......interazione debole e gravitazionale
Gravitone........Bosone........Spin 2.........interazione gravitazionale

Higgs..............Bosone........Spin 0.........interazione di Higgs (se esiste) e gravitazionale

Perché quindi non ci potrebbero essere anche altre particelle che abbiano solo interazione gravitazionale (più magari altre interazioni sconosciute), ma che farebbero tornare la teoria tanto bene?
Finora sono solo teoriche, se mai le misureremo ci accorgeremo se sono reali o meno.
Ma la cosmologia basata sulla relatività generale (assolutamente non modificata) con questi campi addizionali è una teoria molto solida, con molti dati sperimentali incrociati e indipendenti. Non è ancora abbastanza per poter dire che la teoria è giusta, ma sono risultati comunque più incoraggianti di altre teorie modificate, che finora non hanno prodotto molto.


Altre teorie e loro conseguenze
Spesso si pensa che le teorie alternative vengano rifiutate dal mondo "ufficiale", ma studiare altre teorie che sostituiscano il big bang, o addirittura la relatività generale, non solo è sacrosanto, ma è anche fatto costantemente da un elevato numero di fisici.
Alcuni di questi fisici hanno anche riconoscimenti importanti, ma tuttora nessuno di questi ha prodotto alcuna teoria minimamente di successo come la relatività e il big bang.

Il punto è che queste teorie sostanzialmente non nascono da un principio o da uno studio, ma provano a riprodurre i dati sperimentali mettendo una patch qui e lì per evitare di introdurre l'inflazione o la materia oscura o l'energia oscura etc...

Sia ben chiaro, nulla di male (io sono un fisico di questo tipo, anche se non in cosmologia), ma patch sono e patch rimangono, difficilmente si ottiene una teoria autoconsistente. Più spesso si ottengono teorie che riproducono bene un (1) aspetto sperimentale, ma che con il resto producono un disastro (sic).
Io stimo molto questi approcci, tant'è che è proprio il tipo di ricerca che faccio, ma lo scopo non è tanto quello di trovare la teoria giusta, bensì quello di trovare alcune vie per riprodurre alcuni aspetti, diciamo esotici, in modo diverso dal solito, cosicché magari in futuro qualcuno riesca ad inserire questi spunti e queste idee in una teoria più adatta al nostro effettivo universo.

Nello specifico del big bang e della cosmologia, la gravità quantistica e la legge di conservazione energia-impulso alla scala di Planck potrebbero giocare un ruolo decisivo nell'ambito dell'inflazione, o anche della materia oscura.

Altre ipotesi, ad esempio riguardo la materia oscura e la velocità di rotazione delle galassia, riguardano una generalizzazione della relatività generale in cui quando le distanze diventano molto grandi la gravità avrebbe effetti diversi.

Il problema con teorie del genere è che questi parametri sono proprio inseriti a mano nella teoria, che viene resa posticcia ed inelegante, risolvendo un solo problema, ma sollevandone molti altri.

Chiaramente è più naturale (anche se la naturalezza non è il corretto metro di giustizia, solo la realtà lo è) inserire un tipo di particelle che noi non conosciamo ancora (materia oscura) ma che non genera alcun problema secondario, piuttosto che inserire un termine a mano nelle equazioni che mi risolve una cosa ma ne rovina altre dieci.

Un'altra ipotesi è quella di considerare alcuni effetti (lasciamo perdere con quali assurdi meccanismi) che producono una variazione nella costante di interazione gravitazionale G (che quindi non sarebbe più costante). Ma questa cosa genera una serie così grande di problemi che non basterebbero dieci pagine per spiegarli.

Insomma di soluzioni se ne cercano tante, tantissime. Ed ogni fisico prova a buttare lì la sua, provando a fare il colpaccio, e chissà, magari a risolvere un grosso problema.
Rimane il fatto che pur con le sue parti ancora oscure, la cosmologia attuale sia la più promettente.



Chiudo il post dicendo che la mia opinione generale è che alcune parti della cosmologia e del big bang in futuro saranno sicuramente modificate (come è sempre stato), ma che sostanzialmente la direzione presa è ragionevole. Non è affatto questa linea da pazzi.

E lo dico anch'io che da questo punto di vista sono nel lato di chi cerca alternative.

Ma so benissimo di farlo per cercare di contribuire con idee nuove e magari produttive per una futura evoluzione della fisica, ma di certo non perché penso che chi si occupa della teoria che va per la maggiore è un cretino.
Anzi, finora loro sono gli unici che hanno risultati tangibili, e per questo il loro lavoro merita rispetto.

D'altronde, prendendo il problema dal punto di vista opposto voi che fareste?
Avete una teoria che da sola non funziona.
Avete alcune modifiche che finora non producono niente.
Avete teorie completamente diverse che sono in completo disaccordo coi dati sperimentali.
Avete poi altre modifiche (inflazione, roba oscura) che invece sono in completo accordo con i dati sperimentali (magari con un pizzico di fine tuning, e su questo infatti si indaga, ma sostanzialmente in naturale accordo).

A questo punto, voi abbandonereste la via, che pur con qualche problema, è finora l'unica che produce risultati?

Ciao,
Ruggero

P.S.
Spero il contributo sia stato di interesse; e come al solito, se sono stato oscuro da qualche parte, basta chiedere.

P.P.S.
Riguardo la gravità e l'elettromagnetismo è chiaramente più forte l'elettromagnetismo, ma poiché quest'ultimo prevede l'esistenza di cariche opposte che si possono annullare, sostanzialmente a lungo raggio l'elettromagnetismo è nullo. Invece la gravità non ha l'antigravità (almeno non nel senso standard), e quindi, potendosi solo sommare, arriva un punto in cui la gravità è più forte dell'elettromagnetismo.

Invece riguardo ai buchi neri, un po' c'ha ragione Ivan. Sono perfettamente descritti dalla teoria, ma finora non ne abbiamo ancora dimostrata l'esistenza.
Chiaramente esistono dei corpi molto densi, tant'è che esistono una miriade di effetti di lenti gravitazionali. E sappiamo che al centro della galassia c'è un oggetto molto molto denso, ma che sia precisamente un buco nero ancora non mi risulta nessuna prova sperimentale. Potrebbe essere un "quasi-buco-nero" o un tipo diverso di oggetto simil buco nero (ci sono un po' di teorie al riguardo, per lo più legate all'entropia dei buchi neri). Insomma, io assolutamente sono convinto della possibilità dell'esistenza (almeno) dei (quasi) buchi neri, ma non posso usarli per dimostrare altri concetti.