Esploriamo le teorie sulla creazione della materia e le origini del nostro universo, dalle prime particelle di materia stabile ai processi fisici dell’epoca di unificazione grandiosa.
DOMANDA DEL LETTORE: La mia comprensione è che nulla nasce dal nulla. Perché qualcosa esista, deve esserci materiale o un componente disponibile, e perché siano disponibili, deve esserci qualcos’altro disponibile. Ora la mia domanda: da dove è venuto il materiale che ha creato il Big Bang, e cosa è successo nel primo istante per creare quel materiale?
L’ultima stella si raffredderà lentamente e svanirà. Con la sua scomparsa, l’universo diventerà nuovamente un vuoto, senza luce, vita o significato. Così ha avvertito il fisico Brian Cox nella recente serie della BBC “Universo”. L’estinzione di quella stella sarà solo l’inizio di un’epoca infinitamente lunga e oscura. Tutta la materia verrà alla fine consumata da mostruosi buchi neri, che a loro volta si dissolveranno in deboli bagliori di luce. Lo spazio si espanderà sempre più fino a quando anche quella luce fioca diventerà troppo dispersa per interagire. L’attività cesserà. O no?
Stranamente, alcuni cosmologi credono che un universo precedente, freddo, oscuro e vuoto come quello che si trova nel nostro futuro lontano, potrebbe essere stato la fonte del nostro stesso Big Bang. Questo articolo fa parte delle Grandi Domande della Vita, la nuova serie di The Conversation, pubblicata in collaborazione con BBC Future, che cerca di rispondere alle domande dei nostri lettori su vita, amore, morte e universo. Lavoriamo con ricercatori professionisti che hanno dedicato la loro vita a scoprire nuove prospettive sulle domande che plasmano la nostra vita.
Ma prima di arrivare a questo, diamo un’occhiata a come il materiale – la materia fisica – è nato per la prima volta. Se vogliamo spiegare le origini della materia stabile fatta di atomi o molecole, certamente non c’era nulla di tutto questo al momento del Big Bang – né per centinaia di migliaia di anni dopo. In realtà abbiamo una comprensione piuttosto dettagliata di come i primi atomi si siano formati da particelle più semplici una volta che le condizioni si sono raffreddate abbastanza da rendere stabile la materia complessa, e come questi atomi siano stati successivamente fusi in elementi più pesanti all’interno delle stelle. Ma questa comprensione non affronta la questione se qualcosa sia venuto dal nulla.
Quindi pensiamo ancora più indietro. Le prime particelle di materia a lunga durata di qualsiasi tipo erano protoni e neutroni, che insieme compongono il nucleo atomico. Questi sono entrati in esistenza circa un decimillesimo di secondo dopo il Big Bang. Prima di quel punto, non c’era davvero materiale in nessun senso familiare della parola. Ma la fisica ci permette di continuare a tracciare la linea del tempo all’indietro – verso processi fisici che precedono qualsiasi materia stabile. Questo ci porta all’epoca così chiamata di unificazione grandiosa.
A questo punto, siamo ben dentro il campo della fisica speculativa, poiché non possiamo produrre abbastanza energia nei nostri esperimenti per indagare sui tipi di processi che stavano accadendo all’epoca. Ma un’ipotesi plausibile è che il mondo fisico fosse composto da una zuppa di particelle elementari a breve durata di vita – tra cui quark, i mattoni di base dei protoni e dei neutroni. C’era sia materia che antimateria in quantità approssimativamente uguali: ogni tipo di particella di materia, come il quark, ha un compagno di antimateria, che è la sua controparte con carica opposta.
Durante l’epoca di unificazione grandiosa, si ritiene che queste particelle si siano scontrate e annichilite a vicenda, lasciando solo una piccola quantità di materia residua. Questa materia residua è ciò che ha formato la base per la creazione di tutto ciò che esiste oggi. È importante sottolineare che non sappiamo ancora con certezza come sia avvenuto questo processo, ma le teorie e le evidenze sperimentali ci stanno aiutando a comprendere meglio le origini della materia.
In conclusione, la materia che ha dato origine al Big Bang non è venuta dal nulla, ma è stata il risultato di processi fisici complessi che si sono svolti durante l’epoca di unificazione grandiosa. Mentre la nostra comprensione di questi processi è ancora in evoluzione, i ricercatori stanno lavorando instancabilmente per scoprire nuove prospettive e rispondere alle grandi domande che plasmano la nostra vita e il nostro universo.
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