Oltre il Big Bang
Nonostante i numerosi successi, sappiamo che la teoria del Big Bang lascia senza risposta alcuni interrogativi fondamentali: ci costringe infatti ad imporre delle condizioni iniziali particolari per spiegare certe proprietà dell'universo. Qual è la causa delle fluttuazioni di densità che hanno dato origine alle galassie? Perché la temperatura della radiazione di fondo proveniente da regioni di cielo situate in direzioni opposte è così simile, visto che tali regioni non hanno mai potuto comunicare tra di loro? È poi una coincidenza sospetta il fatto che l'universo abbia una densità così vicina (se non uguale) alla densità critica. Occorre poi spiegare perché non siano mai stati rivelati sperimentalmente monopoli magnetici, mentre in teoria nell'universo primordiale se ne dovrebbe essere formato un numero enorme.
Tutte queste domande trovano una risposta se nelle prime fasi di vita dell'universo, e per un brevissimo periodo di tempo, l'espansione è stata enormemente più rapida di quella attuale, ovvero se è avvenuta in modo esponenziale: è l'ipotesi dell'inflazione. In tal caso, una regione microscopica di spazio si sarebbe gonfiata sino ad assumere la scala attuale dell'universo. Le fluttuazioni quantistiche, necessariamente presenti su scale microscopiche, avrebbero così assunto dimensioni macroscopiche, originando le fluttuazioni di densità che hanno dato origine alle galassie. Le diverse regioni dell'universo osservabile sarebbero state in contatto nel passato, e questo spiegherebbe l'alto grado di isotropia della radiazione cosmica di fondo. Inoltre, l'espansione rapidissima reso piatta la geometria dell'universo. Questo fenomeno può essere chiarito riprendendo l'analogia del pallone: la superficie di un pallone di calcio ci appare evidentemente curva, ma se immaginiamo di gonfiare il pallone fino a fargli assumere le dimensioni della Terra, la sua curvatura non è più immediatamente percepibile (non a caso l'umanità per lungo tempo ha creduto che la Terra fosse piatta). Infine, i monopoli magnetici, per quanto numerosi, sarebbero stati enormemente diluiti, mentre la materia che è oggi presente nell'universo si sarebbe formata al termine dell'espansione esponenziale. Ci si aspetta inoltre che in origine vi fosse soltanto un'unica forza fondamentale; col diminuire della temperatura, l'universo sarebbe passato attraverso delle transizioni di fase, in corrispondenza delle quali si sarebbe separata prima la forza di gravità, poi quella forte, infine l'elettromagnetismo e la forza debole.
Nella figura 5 sono sintetizzate le fasi principali dell'evoluzione dell'universo.
Figura 5. Principali tappe dell'evoluzione dell'universo.
Se questo quadro generale ha una sua giustificazione fisica nelle moderne teorie di Grande Unificazione, occorre sottolineare che l'inflazione non ne discende necessariamente. Non sono ancora chiari i meccanismi attraverso i quali l'inflazione comincia e, soprattutto, finisce, e così sono stati prodotti diversi scenari di inflazione, ognuno dei quali non è esente da difetti. Per di più le possibili verifiche sperimentali di tali scenari non sono immediate. Resta il fatto che l'andamento delle fluttuazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo è in accordo con quanto previsto dall'inflazione, l'unica idea sinora proposta che sia in grado di dare una risposta ai problemi precedentemente elencati.