Mi dispiace che questa domanda sia probabilmente sciocca per gli astronomi professionisti, di cui non sono uno.
Questa domanda non è affatto sciocca. La tua domanda è comune sulla cosmologia (lo studio di da dove proviene l'universo, come si sta evolvendo e quale sarà il suo destino). I media spesso macellano questi concetti in modo orribile, causando molta confusione (tra tutte le informazioni scientifiche, sembra che stiano avendo i momenti più difficili nel riferire accuratamente la cosmologia). La tua richiesta è sicuramente una buona cosa.
Quando gli astronomi dicono che l'universo primordiale era piccolo, significano semplicemente "la parte dell'universo che corrisponde al nostro universo osservabile, era piccola"?
Bene, di solito si riferiscono all'intero universo. Nel mio ultimo paragrafo, spiego cosa questo implica per l'universo osservabile.
Se è infinito, sembrerebbe che anche nell'infanzia dovesse essere infinito, solo molto denso. In effetti, sembra "al limite", doveva essere infinito anche al Big Bang.
Sei più vicino alla verità. Quando parliamo dell'espansione dell'Universo, stiamo davvero dicendo che si sta creando spazio tra tutta la materia.
Come hai detto, l'Universo potrebbe essere infinito. Non è come una palla, ma piuttosto come una griglia piatta, e la sua "espansione" significa solo che le distanze tra gli oggetti sulla griglia stanno aumentando. In sostanza, viene creato più spazio tra gli oggetti. Questo è ciò che intendiamo per espansione - che gli oggetti si stanno allontanando gli uni dagli altri, poiché tra loro viene creato più spazio. Di seguito è una gif che ho fatto per dimostrarlo:
Un modo più utile per descriverlo è dire che la griglia si sta espandendo - che lo spazio stesso, come sistema di coordinate, sta crescendo. Per analogia, immagina di portare a spasso il tuo cane. Improvvisamente, il terreno inizia a espandersi tra di voi. Tu e il tuo cane vi separerete e continuerete ad allontanarvi gli uni dagli altri.
Quindi sta succedendo le stesse cose con il nostro universo. La griglia sta infatti crescendo e gli oggetti vengono spazzati via.
OK, ora che abbiamo ridotto i concetti chiave, introdurrò un altro po 'di terminologia. Il "fattore di scala dell'Universo" si riferisce a quanto l'Universo si è espanso, rispetto ad ora. Ad esempio, se in un miliardo di anni il fattore di scala è 3, ciò significa che ogni oggetto nell'Universo è 3 volte più lontano l'uno dall'altro rispetto ad ora. Se il fattore di scala 700 milioni di anni fa era 0,8, allora tutto era più vicino di un fattore 0,8 in quel momento. Per definizione, il fattore di scala è 1 in questo momento.
Quindi, se l'Universo si sta espandendo ora, ci aspetteremmo che sia più piccolo mentre guardiamo più indietro nel tempo - cioè il fattore di scala sarebbe inferiore. La relatività generale prevede che il fattore di scala sia zero a 13,8 miliardi di anni fa. Ciò significherebbe che ogni oggetto sarebbe zero volte la sua distanza attuale da noi - in altre parole, non ci sarebbe spazio.
Se pensi che un universo senza spazio sia impossibile, hai ragione. Apparentemente abbiamo una contraddizione. In GR, non puoi avere uno spaziotempo con spazio zero.
Le nostre moderne teorie fisiche funzionano bene alcune frazioni di secondo dopo il momento di contraddizione, e le nostre osservazioni concordano con l'idea di un universo primordiale estremamente denso. Tuttavia, le nostre teorie si rompono mentre proviamo a modellare l'Universo prima e prima, fino a quando non si dimostrano più accurate, impedendoci di spiegare il momento più interessante.
Ecco perché il momento del Big Bang è uno dei più grandi misteri della cosmologia. Teorie come la gravità quantistica sono sorte per cercare di spiegare le condizioni vicino al Big Bang, ma nessuna è sufficiente per ora.
Spesso ascolto durante le lezioni che subito dopo il Big Bang, l'universo era piccolo, diciamo, delle dimensioni di un pompelmo o qualcosa del genere.
In effetti, il problema deriva dall'ambiguità quando si dice "universo". In questo caso, si riferiscono all'universo osservabile, che in realtà è sferico. L'universo osservabile era davvero molto più piccolo vicino al tempo del Big Bang, rispetto al suo raggio ora.
Questo perché il suo raggio in realtà dipende dal fattore di scala del nostro Universo *, il che significa che nel momento in cui GR prevede che il fattore di scala è zero, predice anche che la dimensione dell'universo osservabile è zero.
Ovviamente non può essere così, dal momento che come abbiamo spiegato sopra, non dovrebbe essere possibile che il fattore di scala sia zero. Tuttavia, siamo in grado di dire con ragionevole certezza che l'universo osservabile era probabilmente delle dimensioni di un pompelmo a un certo punto, se non più piccola (anche se "pompelmo" sembra una scelta arbitraria per il confronto. Non riesco davvero a trovare la carta che il primo utilizza questa analogia, quindi quello che inizialmente intendevano è un po 'poco chiaro).
* Misurare le distanze è in realtà un po 'complicato in cosmologia; in alcuni casi, vogliamo parlare delle distanze o del movimento degli oggetti trascurando l'espansione dell'Universo. Per risparmiarti la necessità di imparare molta terminologia, sto prendendo in considerazione l'espansione dell'Universo quando parlo delle dimensioni dell'universo osservabile. L'universo osservabile cresce anche a causa di fattori oltre all'espansione dell'Universo, ovvero la luce proveniente da ulteriori e più galassie che ci raggiungono.