"La cosa più incomprensibile nell'universo è che è comprensibile", ha detto una volta Albert Einstein. In questi giorni, tuttavia, l'universo difficilmente può essere definito comprensibile o addirittura unico. La fisica fondamentale è in crisi con due concetti popolari spesso indicati come "multiverso" e "brutto", che letteralmente stanno per "universo multiplo" e "universo brutto".
Come funziona l'universo?
I fautori di un universo multiplo difendono l'idea dell'esistenza di innumerevoli altri universi, alcuni dei quali hanno una fisica completamente diversa e il numero di dimensioni spaziali; in questi universi, tu, io e tutti gli altri possiamo esistere come innumerevoli copie. "Il multiverso potrebbe essere l'idea più pericolosa in fisica", ha detto il cosmologo sudafricano George Ellis.
Fin dai primi giorni della scienza, la scoperta di un'improbabile coincidenza ha portato alla necessità di spiegarla, di cercare una causa e un movente nascosti. Gli esempi moderni includono questo: le leggi della fisica sembrano essere messe a punto per consentire agli esseri intelligenti di rilevare queste leggi - una coincidenza che necessita di spiegazioni.
Con l'avvento del multiverso, tutto è cambiato: non importa quanto sia incredibile la coincidenza, nei miliardi di miliardi di universi che compongono il multiverso, almeno da qualche parte - lo sarà. E se la coincidenza sembra favorire l'emergere di strutture complesse, vita o coscienza, non dovremmo nemmeno sorprenderci di trovarci in un universo che ci permette di esistere in primo luogo. Ma questo "ragionamento antropico", a sua volta, implica che non possiamo prevedere nulla. Non ci sono principi ovvi per i fisici del CERN per la ricerca di nuove particelle. E non c'è nessuna legge fondamentale da trovare dietro le proprietà casuali dell'universo.
Un altro problema è diventato completamente diverso, ma non per questo meno pericoloso: il "brutto universo". Secondo la fisica teorica Sabina Hossenfelder, la fisica moderna era sconcertata dalla sua attrazione per il "bello", che portò all'emergere di fantasie speculative matematicamente eleganti senza alcun legame con gli esperimenti. I fisici sono "persi in matematica", dice. E ciò che i fisici chiamano "bellezza" sono strutture e simmetrie. Se non possiamo più fare affidamento su tali concetti, la differenza tra la comprensione e il semplice conformarsi ai dati sperimentali sarà offuscata.
Entrambi i problemi hanno le loro radici. "Perché alle leggi della natura non importa niente di ciò che penso sia bello?", Chiede giustamente Hossenfelder. E la risposta è: a loro non importa. Naturalmente, la natura potrebbe essere complessa, confusa e incomprensibile, se fosse classica. Ma la natura non è così. La natura è meccanica quantistica. E sebbene la fisica classica sia la scienza della nostra vita quotidiana, in cui gli oggetti sono separabili l'uno dall'altro, la meccanica quantistica è diversa. Le condizioni della tua auto non sono legate al colore del vestito di tua moglie. Ma nella meccanica quantistica, tutte le cose sono causalmente correlate l'una all'altra, cosa che Einstein chiamava "azione spettrale a distanza". Tali correlazioni costituiscono la struttura e la struttura è bella.
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Al contrario, il multiverso sembra difficile da negare. La meccanica quantistica, in particolare, lo tratta bene. Lo sparo di singoli elettroni in uno schermo con due fenditure provoca la comparsa di uno schema di interferenza sul rivelatore dietro lo schermo. In ogni caso, si scopre che l'elettrone passa ogni volta entrambe le fenditure.
La fisica quantistica è la scienza alla base delle esplosioni nucleari, degli smartphone e delle collisioni di particelle ed è nota per i suoi strani, come il gatto di Schrödinger sospeso tra la vita e la morte. Nella meccanica quantistica, realtà diverse possono sovrapporsi (come "particella qui" e "particella là" o "gatto è vivo" e "gatto è morto"), come onde sulla superficie di un lago. La particella può essere metà qui e metà là. Questa è chiamata sovrapposizione, ed è questo che porta alla comparsa del modello di interferenza.
Sviluppata originariamente per descrivere il mondo microscopico, la meccanica quantistica ha dimostrato negli ultimi anni di controllare oggetti sempre più grandi purché siano sufficientemente isolati dall'ambiente. Tuttavia, per qualche ragione, la nostra vita quotidiana è in qualche modo protetta da troppe stranezze quantistiche. Nessuno ha mai visto un gatto mezzo morto e ogni volta che misuri la posizione di una particella ottieni un certo risultato.
L'interpretazione diretta presuppone che tutte le opzioni possibili siano realizzate, sebbene in realtà diverse, ma parallele, dei "rami di Everett" - dal nome di Hugh Everett, che per primo sostenne questo punto di vista, noto come l'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica. I "molti mondi" di Everett rappresentano in realtà solo un esempio di un multiverso - uno dei quattro. Gli altri due sono meno interessanti e il terzo è il "panorama della teoria delle stringhe" su cui torneremo più avanti.
Ricorrendo alla meccanica quantistica per giustificare la bellezza della fisica, sembra che stiamo sacrificando l'unicità dell'universo. Tuttavia, questa conclusione si trova solo in superficie. Ciò che di solito viene trascurato in un quadro del genere è che il multiverso di Everett non è fondamentale. È solo apparente o "emergente", come afferma il filosofo David Wallace della University of Southern California.
Per comprendere questo punto, è necessario comprendere il principio alla base sia delle misurazioni quantistiche, sia dell '"azione inquietante a distanza". La chiave di entrambi i fenomeni è il concetto di "entanglement", che fu sottolineato nel 1935 da Einstein, Boris Podolsky e Nathaniel Rosen: nella meccanica quantistica, un sistema di due spin intrecciati con una somma zero può consistere in una sovrapposizione di coppie di giri con direzioni di rotazione opposte con assoluta incertezza nelle direzioni di rotazione dell'individuo rotazioni. L'entanglement è un modo naturale per combinare le parti in un tutto; le proprietà individuali dei costituenti cessano di esistere a favore di un sistema generale fortemente legato.
Ogni volta che un sistema quantistico viene misurato o associato all'ambiente, l'entanglement gioca un ruolo importante: il sistema quantistico, l'osservatore e il resto dell'universo sono intrecciati. Dal punto di vista di un osservatore locale, le informazioni vengono disperse in un ambiente sconosciuto e inizia il processo di "decoerenza". La decoerenza è un agente della classicità: descrive la perdita delle proprietà quantistiche quando un sistema quantistico interagisce con il suo ambiente. La decoerenza funziona come una cerniera tra le realtà parallele della fisica quantistica. Dal punto di vista dell'osservatore, l'universo "si divide" in rami separati di Everett. L'osservatore osserva un gatto vivo o un gatto morto, ma niente in mezzo. Per lui, il mondo appare classico, anche se da un punto di vista globale è ancora meccanico quantistico. In realtà,da questo punto di vista, l'intero universo è un oggetto quantistico.
Monismo quantistico
E qui attingiamo al concetto più interessante di "monismo quantistico" proposto dal filosofo Jonathan Schaffer. Shaffer ha riflettuto sulla questione di cosa sia fatto l'universo. Secondo il monismo quantistico, lo strato fondamentale della realtà non è costituito da particelle o stringhe, ma dall'universo stesso, inteso non come la somma delle sue cose costituenti, ma piuttosto come un singolo stato quantistico entangled.
Pensieri simili sono stati espressi in passato, ad esempio, dal fisico e filosofo Karl Friedrich von Weizsacker: Prendere seriamente la meccanica quantistica predice una realtà quantistica unica e unificata alla base del multiverso. L'omogeneità e le minuscole fluttuazioni della temperatura del fondo cosmico a microonde, che indicano che l'universo osservabile può essere ricondotto a un singolo stato quantistico, solitamente associato al campo quantistico dell'inflazione primordiale, supportano questa visione.
Inoltre, questa conclusione si estende ad altri concetti del multiverso. Poiché l'entanglement è universale, non è limitato alla nostra bolla cosmica. Qualunque sia il multiverso, se abbracci il monismo quantistico, tutto farà parte di un unico insieme: ci sarà sempre uno strato più fondamentale di realtà sottostante il multiverso all'interno del multiverso, e questo strato sarà unico.
Sia il monismo quantistico che l'interpretazione dei molti mondi di Everett sono previsioni della meccanica quantistica. Si distinguono solo per prospettiva: quello che, dal punto di vista di un osservatore locale, sembrerà “molti mondi”, in realtà rappresenta un unico universo unico da un punto di vista globale (ad esempio, una creatura che può vedere l'intero universo dall'esterno).
In altre parole, molti mondi sono monismo quantistico attraverso gli occhi di un osservatore con informazioni limitate sull'universo. In effetti, la motivazione originale di Everett era quella di sviluppare una descrizione quantistica dell'intero universo in termini di "funzione d'onda universale". Guardala come attraverso una finestra nuvolosa: la natura è divisa in tanti pezzi, ma questa è solo una distorsione della prospettiva.
Il monismo e i mondi multipli possono essere evitati, ma solo se qualcuno cambia il formalismo della meccanica quantistica - di solito questo è in conflitto con la teoria della relatività speciale di Einstein - o qualcuno presenta la meccanica quantistica non come una teoria sulla scienza, ma come sulla conoscenza: idee umane, ma non scienza.
Nella sua forma attuale, il monismo quantistico dovrebbe essere visto come un concetto chiave nella fisica moderna: spiega perché la "bellezza" percepita sotto forma di struttura, correlazione e simmetria tra sfere della natura esternamente indipendenti non è un ideale estetico distorto, ma una conseguenza della scissione della natura da un unico stato quantistico. Inoltre, il monismo quantistico elimina anche la necessità di un universo multiplo, poiché prevede correlazioni realizzate non solo in un singolo universo nato, ma in ogni singolo ramo del multiverso.
Infine, il monismo quantistico potrebbe risolvere la crisi della fisica sperimentale fondamentale, che si affida a collisori sempre più grandi per studiare i costituenti della natura sempre più piccoli. Perché i componenti più piccoli non saranno lo strato fondamentale della realtà. Studiare le basi della meccanica quantistica, nuove aree della teoria quantistica dei campi o le strutture più grandi della cosmologia può essere altrettanto gratificante.
Tutto ciò significa che non dobbiamo smettere di cercare. Alla fine, questo desiderio non può essere portato via da noi. Da qualche parte nel profondo, c'è una realtà unica, comprensibile e fondamentale.
Ilya Khel
