L'esistenza di universi paralleli può sembrare una domanda fantastica che solo gli scrittori di fantascienza possono porsi e che non ha nulla a che fare con la fisica teorica moderna. Ma l'idea che viviamo in un universo multiplo di universi paralleli è stata a lungo considerata scientificamente valida, anche se altamente controversa. Eppure la ricerca di modi per testare questa teoria, inclusa la scansione del cielo per le collisioni con altri universi, è a buon punto.
È importante tenere presente che la teoria degli universi multipli non è realmente una teoria, ma piuttosto una conseguenza della nostra attuale comprensione della fisica teorica. Questa è una differenza importante. Non possiamo arrenderci e dire: "Ok, facciamo un multiverso". Il fatto che il nostro universo possa essere uno dei tanti deriva dalle teorie attuali come la meccanica quantistica e la teoria delle stringhe.
Interpretazione a molti mondi
Potresti aver sentito parlare dell'esperimento mentale con il gatto di Schrödinger, un animale inquietante che vive in una scatola chiusa. L'atto di aprire la scatola ci permette di scoprire una delle possibili storie del nostro futuro gatto, compresa quella in cui è sia vivo che morto. Il motivo per cui questo sembra impossibile è perché la nostra intuizione umana semplicemente non ha familiarità con questo risultato.
Tuttavia, secondo le strane regole della meccanica quantistica, un simile futuro è del tutto possibile. Il motivo per cui ciò può accadere è a causa del vasto spazio di possibilità nella meccanica quantistica. Matematicamente, uno stato quantistico è la somma (sovrapposizione) di tutti gli stati possibili. Nel caso del gatto di Schrödinger, il gatto è in una sovrapposizione degli stati "vivo" e "morto".
Ma come possiamo allineare tutto questo al nostro buon senso? Si può presumere che di tutti questi stati, solo uno sia "oggettivamente vero": che osserviamo. Ma si può presumere che tutte le possibilità siano vere e che esistano in universi diversi di un universo multiplo.
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Paesaggio di stringa
La teoria delle stringhe è una delle nostre aree di ricerca più promettenti (se non la più) in grado di combinare meccanica quantistica e gravità. Questo è estremamente difficile, poiché la forza gravitazionale è difficile da descrivere a piccole distanze, dove funzionano gli atomi e le particelle subatomiche - nel regno della meccanica quantistica.
Ma la teoria delle stringhe, che afferma che tutte le particelle fondamentali sono costituite da stringhe unidimensionali, può descrivere simultaneamente tutte le forze note della natura: gravità, elettromagnetismo e interazioni nucleari.
Tuttavia, affinché la teoria delle stringhe funzioni matematicamente, richiede un minimo di dieci dimensioni fisiche. Poiché possiamo osservare solo quattro dimensioni: altezza, larghezza, profondità (spaziale) e tempo (temporale), le dimensioni extra della teoria delle stringhe devono essere nascoste in qualche modo.
Per usare questa teoria per spiegare i fenomeni fisici che conosciamo, queste dimensioni extra devono essere "compattate", raggomitolate in modo che non possano essere viste. Forse in ogni punto delle nostre quattro dimensioni principali ci sono altre sei dimensioni indistinguibili.
Il problema, o, come alcuni direbbero, caratteristica, della teoria delle stringhe è che ci sono molti modi per fare questa compattificazione: 10 ^ 500 possibilità. Ognuna di queste compattificazioni porta a un universo con leggi fisiche diverse, con masse di elettroni e costanti gravitazionali diverse. Tuttavia, ci sono anche energiche obiezioni alla metodologia di compattificazione, quindi il problema non può essere considerato risolto.
Da tutto ciò nasce la domanda: in quale dei possibili paesaggi di stringa viviamo? La stessa teoria delle stringhe non fornisce un meccanismo per questa previsione, rendendola inutile a causa della sua natura non verificabile. Fortunatamente, l'idea alla base della nostra esplorazione della cosmologia dell'Universo primordiale ha trasformato questo bug in una caratteristica.
All'inizio dell'universo
Al tempo del primo universo, anche prima del Big Bang, l'universo ha subito un periodo di espansione accelerata: l'inflazione. L'inflazione era originariamente intesa a spiegare perché la temperatura dell'attuale universo osservabile è quasi uniforme.
Tuttavia, questa teoria prevedeva anche uno spettro di fluttuazioni di temperatura attorno a questo equilibrio, che è stato successivamente confermato dal veicolo spaziale Cosmic Backgroung Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe e PLANCK.
Sebbene i dettagli esatti di questa teoria siano ancora oggetto di accesi dibattiti, l'inflazione è ben accolta dai fisici. Tuttavia, l'implicazione di questa teoria è che devono esserci altre parti dell'universo che stanno ancora accelerando.
Tuttavia, a causa delle fluttuazioni quantistiche nello spaziotempo, alcune parti dell'universo non raggiungeranno mai lo stato di inflazione finale. Ciò significa che l'universo, almeno secondo la nostra attuale comprensione, sarà in uno stato di inflazione perpetua. Alcune delle sue parti potrebbero eventualmente diventare altri universi, quelli, a loro volta, diversi. Un tale meccanismo produce un numero infinito di universi.
Se si combina questo scenario con la teoria delle stringhe, esiste la possibilità che ciascuno di questi universi abbia una diversa compattificazione di dimensioni extra, e quindi diverse leggi fisiche.
Testare la teoria
Tali universi, previsti dalla teoria delle stringhe e dell'inflazione, che vivono nello stesso spazio fisico (a differenza di molti universi quantistici meccanici che vivono nello spazio matematico), possono sovrapporsi o scontrarsi. Inevitabilmente si scontreranno, lasciando possibili firme nel cielo cosmico che possiamo cercare di cercare.
I dettagli esatti di queste firme dipendono da modelli specifici: dai punti freddi a quelli caldi nel fondo cosmico delle microonde fino ai vuoti anomali nella distribuzione delle galassie. Tuttavia, poiché le collisioni con altri universi devono avvenire in una direzione specifica, ci si aspetta che qualsiasi firma rompa l'uniformità del nostro universo osservabile.
Gli scienziati stanno attivamente cercando queste firme. Alcuni stanno scrutando le impronte del fondo cosmico a microonde, il bagliore residuo del Big Bang. Tuttavia, nessuna di queste firme è stata ancora trovata. Altri cercano una conferma indiretta sotto forma di onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio-tempo che appaiono quando oggetti massicci lo attraversano. Tali onde possono confermare direttamente l'esistenza dell'inflazione, che rafforzerà ulteriormente la teoria degli universi multipli.
Se possiamo provare o meno la loro esistenza è ancora sconosciuto. Ma date le enormi implicazioni di tali prove, vale sicuramente la pena continuare la ricerca.
ILYA KHEL
