Come la scienza separa le ipotesi "ragionevolmente scientifiche" da quelle "non scientifiche"
L'idea di altri universi è profondamente radicata nella fantascienza. Ma anche al di fuori della finzione, si possono trovare ragionamenti sul multiverso e molti mondi paralleli, quindi Attic ha deciso di capire quanto queste idee siano vicine alla fisica reale.
Il multiverso, di cui Sean Carroll, esperto di cosmologia e autore del libro popolare russo recentemente pubblicato “Eternity. In Search of the Ultimate Theory of Time”, è un'ipotesi sulla struttura del nostro Universo oltre i limiti della regione accessibile alla nostra osservazione.
Cosa significa? La velocità della luce è limitata e l'Universo si sta espandendo in tutte le direzioni, mentre possiamo vedere solo una certa parte dello spazio. Ed è ben lontano dal fatto che il mondo al di fuori dei suoi confini sia organizzato allo stesso modo che nelle vicinanze della Terra. Ipoteticamente, al di fuori della sfera accessibile per l'osservazione, potrebbe esserci, ad esempio, un rapporto completamente diverso tra materia ordinaria e oscura. O per niente - alcuni altri principi fisici funzionano, fino a un aumento del numero di dimensioni.
Illustrazione: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Il buon senso, ovviamente, ci dice che le proprietà dell'universo dovrebbero essere le stesse ovunque. Tuttavia, il "buon senso" non è una cosa molto buona per la cosmologia, la scienza dello spazio-tempo su scala molto ampia. Anche l'ipotesi che la sostanza che conosciamo nell'Universo sia dieci volte più piccola di una misteriosa materia oscura era completamente contraria al buon senso, tuttavia è in un tale mondo, costituito principalmente da materia oscura, che viviamo oggi. Il problema con l'idea che l'universo stia cambiando drasticamente dove non possiamo più vederlo non è insolito, ma che un'idea del genere non può essere testata.
Un universo con leggi fisiche ipoteticamente diverse è chiamato multiverso cosmologico. Un tale universo è geometricamente uno - nel senso che una linea continua può essere tracciata tra due qualsiasi dei suoi punti senza la costruzione di portali e altre cose esotiche. E questo multiverso cosmologico non dovrebbe essere confuso, ad esempio, con un universo multiplo nell'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica.
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Meccanica quantistica a molti mondi
All'altra estremità della "griglia di scala dell'universo" c'è un microcosmo, eventi in cui sono descritti dalla meccanica quantistica. Sappiamo già che le particelle elementari: elettroni, quark, gluoni e altri loro cugini si comportano secondo regole che non vengono seguite nel mondo a cui siamo abituati. Quindi, ogni particella nella meccanica quantistica può essere vista come un'onda - e gli atomi apparentemente "solidi", che nel corso di chimica della scuola sono rappresentati come palline, quando si scontrano con un ostacolo, si disperderanno come onde. Ogni oggetto quantistico è matematicamente descritto non come una palla o un punto limitato nello spazio, ma come una funzione d'onda - esistente simultaneamente in tutti i punti della sua traiettoria nello spazio. Possiamo solo calcolare la probabilità che si trovi in un posto o nell'altro. Quantità come la quantità di moto di una particella,la sua energia e le caratteristiche più esotiche come lo spin sono calcolate anche dalla funzione d'onda: possiamo dire che questo oggetto matematico che copre tutto lo spazio è la base fondamentale della meccanica quantistica e di tutta la fisica del XX secolo.
I calcoli effettuati sulla base delle funzioni d'onda e degli operatori (gli operatori consentono di ricavare dalla funzione d'onda determinate grandezze) sono in ottimo accordo con la realtà. L'elettrodinamica quantistica, ad esempio, oggi è il modello fisico più accurato nella storia dell'umanità, e tra le tecnologie quantistiche ci sono i laser, tutta la moderna microelettronica, l'Internet veloce a cui siamo abituati e anche una serie di farmaci: la ricerca di sostanze promettenti per la medicina si effettua anche modellando le interazioni delle molecole. con un amico. Da un punto di vista applicato, i modelli quantistici sono molto buoni, ma a livello concettuale sorge un problema.
Funzioni d'onda corrispondenti a un elettrone in un atomo di idrogeno a diversi livelli di energia. Le aree luminose corrispondono al massimo della funzione d'onda e in questi luoghi è più probabile che la particella venga rilevata; la probabilità di trovare lo stesso elettrone nella stanza accanto, sebbene trascurabilmente piccola, non è zero.
L'essenza di questo problema è che gli oggetti quantistici possono essere distrutti: ad esempio, quando un fotone (quanto di luce) colpisce la matrice della fotocamera o semplicemente si scontra con una superficie opaca. Fino a questo punto il fotone è stato perfettamente descritto dalla funzione d'onda, e dopo un attimo l'onda estesa nello spazio scompare: si scopre che un certo cambiamento ha interessato l'intero Universo ed è avvenuto più velocemente della velocità della luce (come può essere anche questo?). Ciò è problematico anche nel caso di un singolo fotone, ma per quanto riguarda la funzione d'onda di due fotoni emessi da una sorgente in due direzioni opposte? Se, ad esempio, questi due fotoni sono nati vicino alla superficie di una stella lontana e uno di loro è stato catturato sulla Terra da un telescopio, che dire del secondo, che è a molti anni luce di distanza? Formalmente, forma un unico sistema con il primo,ma è difficile immaginare uno scenario in cui un cambiamento in una parte del sistema viene comunicato istantaneamente a tutte le altre parti. Un altro esempio di sistema quantistico, per il quale la scomparsa della funzione d'onda porta a problemi concettuali, è il famoso gatto di Schrödinger, che si trova all'interno di una scatola chiusa con un dispositivo che, basato su un processo quantistico probabilistico, o rompe un'ampolla con veleno o la lascia intatta. Prima di aprire la scatola, il gatto di Schrödinger è contemporaneamente vivo e morto: il suo stato riflette la funzione d'onda di un sistema quantistico all'interno di un meccanismo con veleno.che si trova all'interno di una scatola chiusa con un dispositivo che, basato su un processo quantistico probabilistico, rompe un'ampolla con del veleno o la lascia intatta. Prima di aprire la scatola, il gatto di Schrödinger è contemporaneamente vivo e morto: il suo stato riflette la funzione d'onda di un sistema quantistico all'interno di un meccanismo con veleno.che si trova all'interno di una scatola chiusa con un dispositivo che, basato su un processo quantistico probabilistico, rompe un'ampolla con del veleno o la lascia intatta. Prima di aprire la scatola, il gatto di Schrödinger è contemporaneamente vivo e morto: il suo stato riflette la funzione d'onda di un sistema quantistico all'interno di un meccanismo con veleno.
L'interpretazione più comune della meccanica quantistica, Copenhagen, suggerisce semplicemente di accettare il paradosso del mondo - e ammettere che sì, nonostante tutto, l'onda / particella scompare all'istante. L'alternativa è l'interpretazione dei molti mondi. Secondo lei, il nostro Universo è una raccolta di mondi non interagenti, ognuno dei quali rappresenta uno stato quantico: quando apri una scatola con un gatto, compaiono due mondi: in uno di essi il gatto è vivo e nell'altro è morto. Quando un fotone passa attraverso uno specchio semitrasparente, anche il mondo è diviso in due: in uno, un quanto di luce viene riflesso dalla superficie, e nell'altro no. E così, ogni processo quantistico porta all'emergere di mondi sempre più ramificati.
In teoria, alcuni di questi rami possono essere molto diversi dai nostri. Un atomo che ha volato nella direzione sbagliata subito dopo il Big Bang potrebbe portare a una diversa distribuzione del gas caldo, alla nascita di stelle in luoghi completamente diversi e, di conseguenza, al fatto che la Terra, in linea di principio, non è sorta. Ma questa immagine non può essere definita un problema dell'interpretazione di molti mondi. Il vero problema sta nell'impossibilità di verificare in pratica la correttezza di questa comprensione della meccanica quantistica: i singoli componenti dell'Universo multiplo non interagiscono tra loro per definizione.
L'idea del viaggio nel tempo e degli universi alternativi si è logorata molto dai tempi della narrativa classica. Oltre al termine "sicario", famigerato tra i fan del genere (un eroe dei nostri giorni, ad esempio, ai tempi di Ivan il Terribile), si può ricordare il film parodia Kung Fury, da cui è stato tratto questo screenshot.
Da qualche parte, forse, c'è la Terra abitata da dinosauri intelligenti, da qualche parte il Grande Impero Mongolo sbarcò sulle lune di Giove nel 1564, ma non ci sono portali tra questi mondi: divergevano come risultato di processi quantistici nel lontano passato. Una teoria che suggerisse la possibilità di entrare in uno di questi mondi, dal punto di vista della filosofia della scienza, non sarebbe da meno, ma più scientifica, dal momento che si potrebbe provare a metterla alla prova.
