Cosa c’era prima del Big Bang? Si alza il velo sull’origine del tempo

Per decenni, chiedere cosa ci fosse prima del Big Bang era considerato quasi un’eresia scientifica. Eppure oggi, nei corridoi del King’s College di Londra e in una manciata di altri laboratori sparsi per il mondo, quella domanda non solo è legittima: sta cominciando ad avere delle risposte. Il merito è di una disciplina che fino a pochi anni fa sembrava destinata a tutt’altri scopi – la relatività numerica – e di un gruppo di fisici disposti a puntarla verso i misteri più profondi del cosmo. Immaginate di poter ripercorrere la storia dell’universo a ritroso, come un nastro che si riavvolge. Dalle galassie e nebulose di oggi si passerebbe a strutture sempre più compatte, fino a ritrovarsi davanti a un punto incandescente di energia densa: il cosiddetto Big Bang caldo, avvenuto circa 13,7 miliardi di anni fa. Ed è qui che il film si interrompe. Le equazioni della fisica tradizionale smettono di funzionare, i calcoli impazziscono e lo schermo si oscura. Il problema è tecnico prima ancora che concettuale. Le equazioni della relatività generale di Einstein descrivono con straordinaria precisione la geometria dello spazio-tempo, ma in condizioni estreme – come quelle di un buco nero o dell’universo primordiale – diventano irrisolvibili. I cosmologi sono costretti a semplificarle, assumendo che l’universo fosse omogeneo e isotropo fin dall’inizio. Un’ipotesi comoda, ma probabilmente falsa proprio nel momento più caotico della storia cosmica. Ricercatori di tutto il mondo, unitevi: le linee guida sul clima per i politici La Morte Nera La relatività numerica non è una teoria nuova. Nata alla fine degli anni Cinquanta, è «l’arte e la scienza di sviluppare algoritmi informatici per risolvere le equazioni di Einstein», come recita uno dei testi di riferimento del campo. Invece di cercare soluzioni esatte, lavora per approssimazioni successive, affidando il calcolo a supercomputer. Il suo primo grande trionfo arrivò nel 2005, quando riuscì a simulare la fusione di due buchi neri – un risultato che aprì la strada alla prima rilevazione diretta di onde gravitazionali nel 2016. Eugene Lim, cosmologista del King’s College, ebbe l’intuizione di rivolgere questo strumento verso domande ancora più profonde. Il progetto iniziale sembrava modesto. Poi prese vita propria. «Volevamo costruire un piccolo caccia monoposto per distruggere la Morte Nera, ma alla fine abbiamo costruito la Morte Nera», dice con ironia. Nel giugno 2025, Lim insieme a Katy Clough della Queen Mary University di Londra e Josu Aurrekoetxea dell’Università di Oxford ha pubblicato su Living Reviews in Relativity una revisione sistematica della disciplina, proponendo di applicare la relatività numerica su larga scala per rispondere alle domande più urgenti della cosmologia moderna: cosa accadde prima del Big Bang, se viviamo in un multiverso, se il nostro universo si è mai scontrato con un altro cosmo, o se esistono cicli di nascita e distruzione cosmica. Cacciatori che salpano per Malta: un’altra preistoria è possibile L’inflazione sotto esame La principale imputata è la teoria dell’inflazione cosmica, il modello dominante per spiegare i primissimi istanti dell’universo. Proposta negli anni Ottanta da Alan Guth, Andrei Linde e altri, l’inflazione sostiene che l’universo appena nato attraversò una fase di espansione straordinariamente rapida – un miliardesimo di trilionesimo di trilionesimo di secondo durante il quale crebbe di un fattore 10²⁶, passando dalle dimensioni di una particella subatomica a quelle di un pompelmo. Questo avrebbe spiegato perché la materia nell’universo odierno sia distribuita in modo così uniforme su scala cosmica. Ma l’inflazione ha un tallone d’Achille: nessuno sa cosa l’abbia innescata né come si sia spenta così bruscamente. Per rispondere a questa domanda i fisici ricorrono all’ipotetico «campo inflazionario», la cui forma – convessa o concava, ripida o dolce – determina come si è svolta l’espansione. I dati della radiazione cosmica di fondo (Cmb) suggerivano che il campo fosse debolmente concavo. Ma le simulazioni di relatività numerica di Lim e Clough hanno rovesciato questa visione: i campi convessi, e non quelli concavi, si sono dimostrati molto più capaci di generare inflazione. Una contraddizione che pone interrogativi seri sulla solidità del modello. In un nuovo articolo ancora in corso di revisione scientifica, il gruppo ha fatto un ulteriore passo avanti, calcolando il tipo di onde gravitazionali che verrebbero prodotte da questi scenari inflazionari alternativi. La speranza è che i futuri rilevatori di onde gravitazionali possano individuarle, trasformando la cosmologia teorica in scienza misurabile. «Se conosci il potenziale del campo, puoi calcolare le onde gravitazionali, e viceversa», sintetizza Lim. L’infinita avventura della scoperta: gli esopianeti che sfidano ogni nostra aspettativa L’ipotesi del rimbalzo Se la relatività numerica dovesse seriamente indebolire la teoria dell’inflazione, esiste un’alternativa pronta a raccogliere il testimone: l’universo rimbalzante. In questa visione non ci fu né singolarità né esplosione iniziale. Il nostro universo sarebbe invece il frutto di un universo precedente che si contrasse su se stesso fino a dimensioni microscopiche, per poi «rimbalzare» verso l’esterno generando un nuovo Big Bang. David Garfinkle dell’Università di Oakland, in Michigan, ha esplorato questa possibilità in collaborazione con Paul Steinhardt della Princeton University — uno dei principali teorici dei modelli ciclici. Le loro simulazioni di relatività numerica hanno dimostrato che la fase di contrazione in un universo ciclico potrebbe levigare le asperità dello spazio-tempo esattamente come farebbe l’inflazione. Un’altra questione spinosa riguarda i buchi neri eventualmente presenti nell’universo precedente. Data dalla grande rimbalzo avrebbe potuto comprimere questi oggetti così violentemente da violare l’ipotesi della censura cosmica – la regola secondo cui il cuore di un buco nero deve rimanere sempre nascosto dietro un orizzonte degli eventi. Ma il lavoro di William East del Perimeter Institute di Waterloo ha suggerito che questo problema non si pone: anche se gli orizzonti degli eventi si restringono, persistono comunque, mantenendo celate le singolarità al loro interno. A dare ulteriore vigore all’ipotesi del rimbalzo è arrivata, nel marzo 2025, una scoperta inattesa. I dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument hanno rivelato che la velocità di espansione dell’universo sembra rallentare. Se confermato, questo dato renderebbe meno implausibile uno scenario di futura contrazione cosmica – e quindi di un eventuale nuovo rimbalzo. Restano però gli scettici. Un universo rimbalzante richiede concetti fisicamente problematici come la densità di energia negativa, in apparente contraddizione con leggi consolidate. «Il fatto che l’inflazione non abbia bisogno di un meccanismo di rimbalzo separato è sicuramente un punto a suo favore», ammette Garfinkle. La relatività numerica si spinge anche in territori ancora più speculativi, strettamente legati all’inflazione. Durante la fase inflazionaria, il campo avrebbe potuto spegnersi in alcune regioni di spazio e non in altre, generando “bolle” di espansione rallentata nel mezzo della tempesta cosmica. Queste bolle — potenzialmente universi distinti — avrebbero potuto scontrarsi durante la violenta espansione inflazionaria circostante. Nel 2011 Hiranya Peiris dell’Università di Cambridge e i suoi colleghi hanno modellato gli effetti di queste collisioni cosmiche, dimostrando che avrebbero lasciato cicatrici circolari nella CMB. Analizzando i dati reali, hanno identificato quattro regioni del cielo compatibili con queste impronte. Una prova di altri universi che hanno colpito il nostro? Forse. Le incertezze restano elevate e Peiris è al lavoro per affinare i modelli. Nel frattempo, è coinvolta anche in un esperimento di laboratorio che simula le collisioni tra universi utilizzando bolle in un materiale esotico simile a un fluido, composto da atomi di potassio ultrafreddi. Coste divorate e acqua contaminata: il Pacifico è la prima linea del clima Una teoria del tutto L’ambizione ultima del programma è ancora più vertiginosa. La relatività numerica potrebbe orientare la ricerca di una teoria unificata del tutto, mettendo alla prova alcune previsioni della teoria delle stringhe in condizioni cosmologiche estreme Lim ha già osservato che la maggior parte dei potenziali inflazionari identificati dalle sue simulazioni si scontra con molti modelli della teoria delle stringhe – ad eccezione di una categoria particolare, i cosiddetti modelli ad attrattore alfa, che sembrano compatibili sia con le osservazioni della Cmb sia con versioni specifiche della teoria delle stringhe. Un indizio sottile, ma forse non casuale. Nel frattempo, la potenza computazionale disponibile cresce rapidamente. «Simulazioni che prima richiedevano due settimane ora possono essere completate in circa un giorno», racconta Clough. Con chip più veloci e codici più raffinati, il velo sul Big Bang si assottiglia di mese in mese.