Unnuovo modello cosmologico: inflazione guidata dalla pressione di
radiazione con orizzonti causali locali e ridistribuzione dell’energia
di redshift
Autori: Farid Zehetbauer, Grok 3 (xAI)
Data di presentazione: 21 febbraio 2025
Proponiamo un nuovo modello cosmologico in cui l’epoca inflazionistica dell’universo è guidata dalla pressione di radiazione, modulata da una velocità della luce costante localmente (c) definita all’interno di orizzonti causali di tipo Schwarzschild 4D, anziché da un campo scalare inflatone. A partire da t = 0 in unità di tempo di Planck (tP = 5.39 × 10−44 s), l’espansione lineare transita in un’inflazione esponenziale a t ≈ 1022 tP quando lo spazio-tempo si estende oltre gli orizzonti causali, ridefinendo c come parametro locale. Ipotizziamo che l’energia persa per redshift rafforzi la pressione di radiazione, guidando l’inflazione e allineando l’espansione cosmica con i principi termodinamici. Le patch locali di spazio-tempo di Minkowski preservano l’invarianza di c, affrontando i problemi dell’orizzonte e della piattezza. Vengono delineati otto test osservativi con firme attese, notando che i dati attuali del fondo cosmico a microonde (CMB) e dell’espansione di Hubble si allineano con ΛCDM ma non escludono questo modello a causa di limitazioni di precisione.
Il modello standard ΛCDM postula un Big Bang a t = 0, seguito da un’inflazione guidata da un campo scalare inflatone da t ≈ 10−36 s a t ≈ 10−34 s, risolvendo i problemi dell’orizzonte e della piattezza tramite un’espansione esponenziale (a(t) ∝ eHt) [1, 2]. Supportato dai dati del CMB, delle supernove e delle strutture su larga scala, rimane il quadro dominante [1]. Tuttavia, proponiamo un’alternativa: la pressione di radiazione, emergente dopo la formazione delle particelle, guida l’inflazione e l’espansione continua, modulata da una velocità della luce (c) che pasa da universale a locale a t ≈ 1022 tP. L’energia persa per redshift in un universo in espansione viene ridistribuita per potenziare la pressione di radiazione, potenzialmente riconciliando l’espansione con le leggi termodinamiche [3]. Definendo c all’interno di patch locali di spazio-tempo di Minkowski separate da orizzonti di tipo Schwarzschild 4D, questo modello sfida l’invarianza globale di c pur mantenendola localmente, offrendo una nuova prospettiva sulla dinamica dell’universo primordiale.
A t = 0, l’universo è una
singolarità, espandendosi linearmente (a(t) ∝ t) fino a
t = 1 tP,
con una dimensione propria R(t) = ct
e c = 3 × 108 m/s.
La densità di energia è su scala di Planck (ρ ≈ 5 × 1096 kg m−3),
governata dall’equazione di Friedmann:
$$ H^2 = \left( \frac{\dot{a}}{a} \right)^2 =
\frac{8\pi G \rho}{3} - \frac{k c^2}{a^2}, $$
dove H = 1/t e la
curvatura (k) è trascurabile.
Non esiste pressione di radiazione, poiché i fotoni sono assenti, e
l’espansione è frenata dalla gravità.
A t = 1020 tP
( ∼ 10−36 s), la formazione
di particelle genera fotoni in un plasma di quark-gluoni (T ≈ 1028 K). Emerge la
pressione di radiazione:
$$ P = \frac{1}{3} \rho c^2, \quad \rho =
\frac{a T^4}{c^2}, $$
dove a = 7.566 × 10−16 J m−3 K−4,
dando P ≈ 1092 Pa.
La gravità e l’energia-massa relativistica limitano inizialmente il suo
effetto.
A t = 1022 tP
( ∼ 10−34 s), lo
spazio-tempo si estende oltre un orizzonte di tipo Schwarzschild
4D:
$$ r_s = \frac{2 G M}{c^2}, \quad M = \rho
\cdot \frac{4}{3} \pi R^3, \quad R = c t \approx 10^{-26} \, \text{m},
$$
producendo rs ≈ 1.31 × 10−7 m.
Quando l’orizzonte delle particelle (dp ≈ ct)
supera questo limite, le regioni si disconnettono e c diventa locale. Proponiamo:
$$ c_{\text{eff}} = c_0 \left( \frac{a_0}{a}
\right)^\beta, \quad \beta > 0, $$
dove ceff si adatta
all’allungamento dello spazio-tempo, preservando l’invarianza di c nelle patch locali di
Minkowski.
Ipotizziamo che l’energia da redshift—persa quando le lunghezze
d’onda dei fotoni si allungano—venga ridistribuita per potenziare la
pressione di radiazione, guidando un’inflazione esponenziale (a(t) ∝ eHt).
L’equazione di accelerazione:
$$ \frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}
\left( \rho + \frac{3P}{c^2} \right), $$
di solito produce decelerazione per $P =
\frac{1}{3} \rho c^2$. Tuttavia, se $P
= \frac{1}{3} \rho c_{\text{eff}}^2$ aumenta grazie all’energia
da redshift, $\ddot{a} > 0$ diventa
possibile. L’entropia dell’orizzonte (ad es., la legge di Padmanabhan
[3]) potrebbe assorbire questa energia, favorendo l’espansione.
A t = 2.6 × 1071 tP (13,8 miliardi di anni), T = 2.7 K, e P ≈ 10−31 Pa. Il c locale e la pressione di radiazione potenziata da redshift persistono come motori relittuali, completando l’energia oscura (ΩΛ ≈ 0.7).
Proponiamo otto test, con firme attese se il modello è corretto, riconoscendo i limiti osservativi attuali al 21 febbraio 2025.
Questo modello prevede un’inflazione senza inflatone, guidata dalla pressione di radiazione e da un c locale, lisciando l’universo, e un’espansione moderna parzialmente alimentata dall’energia da redshift. Al 21 febbraio 2025, i dati del CMB di Planck, i limiti del GWB e le osservazioni strutturali si allineano con ΛCDM [1, 4], ma limitazioni di precisione e scala (ad es., necessari CMB-S4, LISA) lasciano il nostro modello non escluso. Le sfide includono l’equazione di stato della radiazione che resiste all’inflazione a meno che ceff o l’energia da redshift non alterino radicalmente la dinamica, e la riconciliazione del c locale con la relatività speciale.
Questo modello speculativo sostituisce l’inflazione tradizionale con la pressione di radiazione, potenziata dall’energia da redshift all’interno di orizzonti Schwarzschild 4D, affrontando i problemi cosmologici in modo termodinamico. Esperimenti futuri (ad es., CMB-S4, LISA, DESI) potrebbero testare le sue firme, potenzialmente ridefinendo la nostra comprensione dell’evoluzione cosmica.
Presentiamo una cosmologia in cui la pressione di radiazione, modulata da un c locale e dall’energia da redshift, guida l’inflazione e l’espansione. I dati attuali si allineano con ΛCDM ma non falsificano questo modello. I test proposti offrono un percorso verso la validazione, avanzando la nostra comprensione delle origini dell’universo.
Ringraziamo sentitamente Grok 3 (xAI) come coautore per aver redatto, strutturato e affinato questo articolo, trasformando idee concettuali in un manoscritto formale. Questa collaborazione mette in luce le partnership tra umani e IA nella ricerca cosmologica, in linea con la missione di xAI.
[1] Planck Collaboration, “Planck 2018 Results. VI. Cosmological
Parameters,” Astron. Astrophys. 641, A6 (2020).
[2] Guth, A. H., “Inflationary Universe,” Phys. Rev. D 23, 347
(1981).
[3] Padmanabhan, T., “Thermodynamical Aspects of Gravity: New Insights,”
Rep. Prog. Phys. 73, 046901 (2010).
[4] BICEP2/Keck Collaboration, “Improved Constraints on Primordial
Gravitational Waves,” Phys. Rev. Lett. 121, 221301 (2018).