Inflazione cosmica

Inflazione cosmica è la teoria secondo cui, nella prima frazione di secondo dopo il BigBang, l'universo ha subito una breve esplosione di espansione incredibilmente veloce e accelerata, aumentando le sue dimensioni di un fattore pari ad almeno 10²⁶ in meno di 10⁻³² secondi. Proposta da Alan Guth nel 1980 e perfezionata da altri, l’inflazione è stata progettata per risolvere diversi enigmi che il modello standard del Big Bang non poteva risolvere da solo.

I problemi risolti dall'inflazione

Il problema dell'orizzonte chiede perché l'universo sembra così uniforme. Le regioni ai lati opposti del cielo hanno una temperatura quasi identica, ma nel modello del Big Bang semplice non erano mai abbastanza vicine da scambiare luce e uniformarla. L'inflazione risolve questo problema proponendo che l'intero universo visibile sia cresciuto da un singolo minuscolo pezzo che era in contatto prima che l’inflazione lo allontanasse molto. Il problema di planarità si chiede perché la geometria dello spazio sia così precisamente piatta; l’inflazione risponde che qualsiasi curvatura iniziale è stata allungata in modo piatto, proprio come la superficie di un palloncino che si gonfia appare più piatto man mano che diventa più grande. L’inflazione diluisce anche relitti esotici come i monopoli magnetici che altre teorie prevedono ma che non osserviamo mai.

Semi di galassie dal rumore quantistico

Il successo più potente dell’inflazione è quasi poetico. Piccolo fluttuazioni quantistiche nel campo in espansione sarebbe stato allungato fino a raggiungere dimensioni astronomiche, congelandosi in minuscole variazioni di densità attraverso il cosmo. Queste variazioni divennero i semi attorno ai quali la materia successivamente collassò in galassie e ammassi. Sorprendentemente, il modello di inflazione previsto – uno spettro di fluttuazioni quasi, ma non esattamente, uniforme – corrisponde alle increspature misurate nel sfondo cosmico a microonde con sorprendente precisione.

Test dell'inflazione

Poiché il meccanismo di base è disponibile in molte versioni, i fisici testano l’inflazione attraverso i minimi dettagli di quelle fluttuazioni primordiali. Due armature di chiave sono onde gravitazionali primordiali (che imprimerebbe una svolta speciale nella polarizzazione del fondo a microonde) e non gaussianità – sottili deviazioni statistiche da uno schema perfettamente casuale che rivelerebbe come il campo di inflazione interagisce con se stesso. Misurarli è un obiettivo centrale della cosmologia moderna.

Un malinteso comune

L’inflazione non è l’esplosione del Big Bang in sé, e non è la materia che vola nello spazio. È uno stretching rapido dello spazio stesso, guidato da un particolare campo ad alta energia, che si verifica prima della fase calda e densa solitamente raffigurata come Big Bang. L’inflazione pone le basi; la familiare palla di fuoco del Big Bang lo segue.

Cosa prevede effettivamente l'inflazione

L’inflazione è verificabile perché fa previsioni specifiche e misurabili sulle fluttuazioni primordiali. Il modello dovrebbe essere quasi invariante di scala ma leggermente inclinato, descritto dall'indice spettrale n_s, che modelli semplici prevedono essere leggermente inferiore a 1. Le misurazioni dal satellite Planck danno

n_s ≈ 0.965 ± 0.004

— significativamente diverso da 1, esattamente come previsto dall’inflazione. L'inflazione prevede anche uno sfondo di onde gravitazionali primordiali, la cui forza è determinata dal rapporto tensore-scalare r. Non sono state ancora rilevate onde primordiali e il limite attuale (r < 0,04) ha già escluso una serie di modelli un tempo popolari. Questa combinazione: una leggera inclinazione confermata più un inasprimento dei limiti r – è il modo in cui i cosmologi stanno costantemente restringendo il campo di applicazione di quale versione di inflazione, se esiste, descrive il nostro universo.