Gian Francesco Giudice, direttore del Dipartimento di fisica teorica del Cern di Ginevra, fino a che punto siamo in grado di rispondere alla domanda delle domande: come è nato l'universo?
«È qualcosa che mette i brividi pensare ai progressi che ha fatto l'umanità nel ripercorrere a ritroso nel tempo l'evoluzione dell'universo. Poco più di un secolo fa una spiegazione scientifica dell'origine cosmica sarebbe sembrata inimmaginabile. Come può il metodo scientifico descrivere un evento a cui nessuno ha mai assistito e che nessuno può ricreare in laboratorio? Il segreto è il metodo deduttivo della scienza, che ci permette di risalire indietro nel tempo, usando una saggia miscela di precise misure astronomiche e rigorosa logica matematica. Con un sottile lavoro da detective, degno di Sherlock Holmes, i fisici hanno messo insieme indizi da ambiti scientifici molto diversi per ricavare una descrizione della struttura globale dell'universo fino a qualche secondo dopo il Big Bang. Recenti progressi in fisica delle particelle ci hanno permesso di andare ancora più indietro nel tempo».
A che punto siamo?
«Oggi si cominciano a comprendere i meccanismi che hanno prodotto il Big Bang l'evento fatidico che ha dato vita alla materia nel cosmo addentrandosi nei misteri più profondi dell'origine dello spazio-tempo.
Nel libro da poco pubblicato, "Prima del Big Bang" (Rizzoli editore), lei scrive che l'evento all'origine dell'universo non è stato un'esplosione ma una transizione uniforme. Ci può spiegare come si è arrivati a questa conclusione?
«Il Big Bang inteso come l'evento che ha creato il gas caldo e denso di materia cosmica non è stato un'esplosione a partire da un punto dello spazio. Se lo fosse stato, oggi potremmo individuare le tracce di quel punto iniziale. Invece, le osservazioni astronomiche ci insegnano che il gas di materia primordiale era incredibilmente uniforme e omogeneo. Questo indica che l'universo nella sua infanzia era come un gigantesco pentolone di minestra ben mescolata. Il Big Bang è l'evento in cui si è creata questa minestra, non in un punto speciale, ma in modo omogeneo ovunque nel pentolone. È una transizione uniforme che ha coinvolto una regione di spazio molto vasta, forse anche infinita, che si è improvvisamente riempita di materia. Capire il Big Bang significa capire cosa ha causato questa transizione».
E prima del Big Bang cosa c'era?
«Oggi si pensa che prima del Big Bang ci fosse solo spazio vuoto. Uno spazio vuoto, tuttavia, molto speciale. Non c'era materia, ma il tessuto dello spazio era intriso di una forma di energia detta appunto energia del vuoto capace di esercitare una gravità repulsiva. L'effetto è del tutto stupefacente perché è l'esatto contrario della forza di gravità a cui siamo abituati, che può solo attrarre i corpi materiali».
In che modo ha agito l'energia del vuoto?
«La spinta repulsiva dell'energia del vuoto dilata lo spazio, mettendo in moto una vertiginosa espansione. Dunque, prima del Big Bang, l'universo è uno spazio vuoto, buio e freddo, preda di una frenetica espansione. Ad un tratto, la struttura all'origine dell'energia del vuoto si disgrega. In quell'istante tutta l'energia immagazzinata nel vuoto si trasforma improvvisamente nella materia che, dopo un'evoluzione durata miliardi di anni, finirà per formare le stelle, i pianeti, e infine la vita. Ecco, quello è l'istante del Big Bang».
Entriamo nel multiverso: secondo questa ipotesi, di universi potrebbero essercene molti. Quanti? E come possiamo immaginarli?
«L'idea del multiverso è estremamente suggestiva, ma per ora vive ancora soltanto nel regno delle ipotesi. È un'ipotesi concreta, tuttavia, perché il multiverso è una conseguenza logica delle leggi della meccanica quantistica applicate all'energia del vuoto che governa l'universo prima del Big Bang. Si è scoperto infatti che l'energia del vuoto potrebbe evolvere secondo un processo caotico, dando luogo a una sequenza infinita di Big Bang che avvengono ad istanti diversi, in regioni diverse dello spazio».
E quale sarebbe il risultato?
«Il risultato di questa eterna serie di nuovi Big Bang è un gigantesco spazio vuoto, costellato di singoli universi, ognuno dei quali segue una propria storia evolutiva. Ecco, questo è il multiverso. L'immagine che ne ricaviamo è sorprendentemente simile a quella del cielo notturno. Così come la volta celeste è spazio cosmico vuoto, punteggiato di stelle, così il multiverso appare ad una scala molto più grande come un immenso spazio vuoto, punteggiato di universi paralleli che sviluppano un'evoluzione indipendente. Nel contesto del multiverso, il Big Bang non è un avvenimento eccezionale, ma una serie infinita di episodi che si ripetono in modo ricorrente. Anche in questo preciso istante, da qualche parte dello spazio, un nuovo universo è nato da un suo Big Bang. Il multiverso è una teoria scientifica, ma l'idea è talmente sconvolgente che è spesso utilizzata da storie di fantascienza».
Quanto gli studi del Cern, che si svolgeranno anche con i nuovi acceleratori, potranno contribuire a spiegare la nascita dell'universo?
«L'esplorazione dell'origine dell'universo procede seguendo sentieri diversi. Gli acceleratori del Cern sono uno strumento indispensabile per perseguire questo cammino di esplorazione perché ci forniscono indizi che non si possono ottenere con nessuna altra tecnica sperimentale. Capire come funziona il mondo delle particelle elementari nella profondità dello spazio più minuscolo fornisce una chiave essenziale per penetrare dentro i misteri dell'universo primordiale. Le particelle che conosciamo contribuiscono a solo il 5% dell'energia dell'universo attuale. C'è molto ancora da scoprire. La caccia a forme di materia cosmica ancora sconosciute è in corso, e gli acceleratori del Cern sono uno degli strumenti più portentosi per portare a compimento il sogno della comprensione dell'universo».