Cosa c'era prima del Big Bang?

E' una domanda complessa che spazia tra la scienza e la filosofia ma la risposta è molto semplice.

Non si può parlare di "prima" perché il tempo comincia a scorrere con il Big Bang.

La nascita del tempo

Sappiamo che il tempo scorre in avanti come un fiume verso il mare.

Si muove in un'unica direzione, secondo dopo secondo.

Sappiamo anche che in fisica il tempo non scorre sempre alla stessa velocità.

In due luoghi diversi A e C può scorrere più velocemente o più lentamente.

Questo accade perché, secondo la teoria della relatività generale di Einstein, lo spazio e il tempo sono strettamente legati tra loro ( spazio-tempo ).

Il tempo comincia a muoversi più lentamente quando aumenta la gravità o la velocità.

In tali circostanze lo spazio si comprime e il tempo curva su se stesso.

Nota. Ad esempio, vicino a un buco nero, una stella collassata su se stessa con una gravità talmente forte che nemmeno la luce può sfuggire. Lo spazio è talmente compresso che, il tempo è quasi fermo anche se continua a scorrere in avanti.

Per approfondire il concetto della curvatura dello spazio-tempo, rimando alla lettura del paradosso dei gemelli e della relatività del tempo. Per chi ama il cinema... può andare bene anche vedere il film Interstellar.

Perché il tempo nasce con il Big Bang?

Circa 13,8 miliardi di anni fa l'energia e la materia dell'Universo sono concentrate in un punto infinitamente piccolo, una singolarità, compatta come un atomo.

Fin quando la singolarità esplode con il Big Bang e l'Universo comincia a espandersi.

Cosa c'è all'esterno della singolarità?

Non esiste il concetto di "fuori" perché l'Universo non ha confini. La singolarità è l'Universo.

Nota. L'Universo è come la superficie della Terra, non c'è un inizio o una fine. Non c'è nulla più a sud del Polo sud e non ci sono confini. Camminando in linea retta in una direzione, torniamo sempre al punto di partenza.

L'Universo può solo espandersi o contrarsi come un palloncino.

Sappiamo da Einstein che lo spazio-tempo sono grandezze connesse tra loro.

Se lo spazio si contrae, il tempo si dilata. E viceversa.

Nella singolarità lo spazio è talmente compresso che il tempo curva su se stesso all'infinito.

Pertanto, all'origine dell'Universo il tempo non scorre.

Per questa ragione non si può parlare di "prima" del Big Bang. Il tempo nasce con il Big Bang.

Le varie ipotesi speculative

Al momento non esistono osservazioni dirette che ci dicano cosa c’era prima del Big Bang. 

Quindi ogni risposta oltre il modello standard entra nel territorio delle ipotesi plausibili ma speculative. Ecco alcune tra le più note:

• Universo ciclico / oscillante: il Big Bang sarebbe solo una fase di un ciclo infinito di espansioni e contrazioni (Big Bounce), senza che ci sia mai un inizio o una fine.
• Universo da fluttuazioni quantistiche: il nostro universo sarebbe nato come una fluttuazione del vuoto quantistico primordiale. In altre parole, potrebbe essere nato da uno stato in cui non c’è materia né radiazione, ma solo campi quantistici che fluttuano continuamente.
• Multiverso: il Big Bang sarebbe l’inizio solo della nostra “regione” di spazio-tempo, all’interno di un insieme più vasto. In altre parole, il multiverso immagina che la realtà non si limiti al nostro universo, ma sia composta da molte “regioni” di spazio-tempo, ciascuna separata e indipendente dalle altre.
• Universo eterno con inflazione: prima del nostro Big Bang, esisteva uno spazio in espansione rapidissima. In certi punti questa espansione si è fermata, creando “bolle” di spazio-tempo: una di queste è il nostro universo. Perciò il Big Bang non sarebbe l’inizio di tutto, ma solo della nostra bolla, all’interno di un possibile multiverso.
• Tempo “emergente”: alcune teorie, come certi modelli della gravità quantistica a loop, ipotizzano che il tempo non sia fondamentale, ma nasca da strutture più basilari, in questo caso “prima” diventa una nozione puramente emergente.

E così via.