L'universo è dove è sempre stato e sempre sarà. Almeno questo è quello che ci è stato detto e quindi deriva dalla parola stessa "Universo". Ma qualunque sia la vera natura dell'universo, la nostra capacità di raccogliere informazioni su di esso è fondamentalmente limitata. Sono passati 13,8 miliardi di anni dal Big Bang e la velocità con cui viaggiano le informazioni - la velocità massima, la velocità della luce - è limitata. Pertanto, mentre l'intero universo può essere veramente illimitato, l'universo osservabile non lo è.
Secondo le idee guida della fisica teorica, il nostro universo può essere una piccola regione di enormi universi multipli, che possono essere infinitamente molti. Alcune di queste idee sono davvero scientifiche, mentre altre sono puramente speculative, un pio desiderio. Impariamo come separarli. Ma prima, un po 'di storia.
Esistono più universi?
L'Universo moderno ci offre alcuni fatti interessanti che sono molto facili da osservare e verificare, almeno con l'aiuto di oggetti scientifici di livello mondiale. Sappiamo che l'Universo si sta espandendo: possiamo misurare le proprietà delle galassie, scoprire la loro distanza e la velocità di allontanamento da noi. Più sono lontane, più velocemente vengono rimosse. Nel contesto della relatività generale, ciò significa che l'universo si sta espandendo.
E se l'universo si sta espandendo oggi, significa che in passato era più piccolo e più denso. Se vai abbastanza in profondità in passato, scoprirai che era anche più omogeneo (perché la gravità ha impiegato tempo per raccogliere tutto in pile) e più caldo (perché lunghezze d'onda della luce più corte significano energie e temperature più elevate). Questo ci riporta al Big Bang.
Ma il Big Bang non è stato l'inizio dell'universo. Possiamo guardare al passato solo fino a un certo punto nel tempo, dopodiché le previsioni del Big Bang cessano di avverarsi. Ci sono diverse osservazioni di cose nell'universo che il Big Bang non spiega, ma la teoria dell'inflazione cosmica sì.
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Negli anni '80 sono state sviluppate alcune implicazioni teoriche dell'inflazione, tra cui:
- come dovrebbe essere la semina di strutture su larga scala;
- che le fluttuazioni di temperatura e densità devono esistere su una scala superiore all'orizzonte cosmico;
- che tutte le regioni dello spazio, anche con fluttuazioni, devono avere un'entropia costante;
- dovrebbe essere la temperatura massima raggiunta dal Big Bang.
Negli anni '90, 2000 e 2010, queste quattro previsioni sono state confermate osservativamente con elevata precisione. L'inflazione cosmica sta vincendo.
L'inflazione ci dice che prima del Big Bang, l'universo non era pieno di particelle, antiparticelle e radiazioni. Invece, è stato riempito con l'energia inerente allo spazio stesso, e questa energia ha fatto sì che lo spazio si espandesse rapidamente, inesorabilmente ed esponenzialmente. Ad un certo punto, l'inflazione è terminata e tutta (o quasi) questa energia si è trasformata in materia ed energia, dando inizio a un caldo Big Bang. La fine dell'inflazione ha segnato l'inizio del Big Bang. Cioè, c'è stato un Big Bang, ma non all'inizio.
Se questa fosse la storia completa, avremmo un universo estremamente grande nelle nostre mani. Le sue proprietà sarebbero le stesse ovunque, le leggi sono le stesse e le parti che erano oltre l'orizzonte visibile sarebbero simili al luogo in cui ci troviamo, ma sarebbe impossibile chiamarle universi multipli.
Cioè, non sarebbe possibile finché non ti ricordi che tutto ciò che esiste fisicamente deve essere di natura quantistica. Anche l'inflazione, con tutte le incognite che la circondano, deve essere un campo quantistico.
Se è necessario che l'inflazione abbia le proprietà dei campi quantistici:
- nelle sue proprietà devono esserci incertezze ad esse inerenti;
- il campo deve essere descritto da una funzione d'onda;
- i valori dei campi si estendono nel tempo;
allora giungerai a una conclusione insolita.
L'inflazione non è finita ovunque nello stesso momento, ma in luoghi separati, scelti, indipendenti, mentre lo spazio tra di loro ha continuato a gonfiarsi. Devono esserci diverse enormi regioni di spazio in cui finisce l'inflazione e inizia il Big Bang, ma non si incontreranno mai perché sono separate da regioni di spazio in espansione. Una volta iniziata, l'inflazione continuerà di sicuro e indefinitamente, almeno in alcuni punti.
Quando l'inflazione finisce, otteniamo un Big Bang. La parte dell'Universo che osserviamo è solo una parte della regione in cui è finita l'inflazione, oltre la quale c'è molto dell'Universo non osservabile. E ci sono un numero enorme di regioni, divise tra loro, con esattamente la stessa storia.
Questa è l'idea di più universi. Come puoi vedere, si basa su due aspetti indipendenti, consolidati e ampiamente accettati della fisica teorica: la natura quantistica di ogni cosa e le proprietà dell'inflazione cosmica. Non c'è modo di misurarlo e non c'è modo di misurare la parte non osservabile dell'universo. Ma le due teorie che ne sono alla base, inflazione e fisica quantistica, hanno dimostrato il loro valore. Se sono corrette, più universi saranno l'inevitabile conseguenza di ciò e noi vivremo in essi.
E allora? Ci sono molte implicazioni teoriche che sono inevitabili, ma che non possiamo conoscere con certezza perché non possiamo verificarle. Gli universi multipli sono una di queste conseguenze. Non che sia utile, è solo una previsione interessante che viene dalle teorie.
Perché così tanti fisici teorici scrivono articoli su più universi? Sul tema degli universi paralleli e del loro rapporto con il nostro? Perché affermano che più universi sono legati a stringhe, una costante cosmologica e il fatto che il nostro universo è idealmente sintonizzato per la vita?
Perché non hanno idee migliori.
Nel contesto della teoria delle stringhe, esiste un enorme elenco di parametri che, in linea di principio, possono assumere quasi qualsiasi valore. Questa teoria non fa alcuna previsione per loro, quindi siamo costretti a capire il loro significato nel contesto di string vacua. Se hai sentito parlare di numeri incredibilmente grandi come la famosa potenza da 10 a 500 che compaiono nella teoria delle stringhe, si riferiscono ai possibili significati di string vacua. Non sappiamo ancora cosa siano o perché abbiano tali significati. Nessuno sa come contarli.
Quindi, invece di dire "Questi sono universi multipli!", Le persone pensano in questo modo:
- Non sappiamo perché le costanti fondamentali hanno i valori che hanno.
- Non sappiamo perché le leggi della fisica siano quello che sono.
- La teoria delle stringhe è una struttura che potrebbe fornire alle nostre leggi della fisica le nostre costanti fondamentali, oltre a fornirci altre leggi o costanti.
- Di conseguenza, se abbiamo enormi universi multipli, in cui regioni diverse avranno leggi e costanti diverse, uno di questi potrebbe essere il nostro.
Il problema è che tutto questo non è solo puramente speculativo, ma non c'è ragione, data l'inflazione e la fisica quantistica, per credere che il gonfiaggio dello spazio-tempo abbia leggi diverse o costanti in diverse regioni.
Non ti piace questo approccio al ragionamento? E a nessuno piace.
Come abbiamo già scoperto, più universi non sono una teoria scientifica in sé e per sé. Piuttosto, è una conseguenza teorica delle leggi della fisica nella loro piena comprensione. Anche se hai un universo inflazionistico governato dalla fisica quantistica, sarai attaccato ad esso. Ma - come la teoria delle stringhe - ha dei problemi: non prevede nulla di ciò che abbiamo osservato e non potremmo spiegare senza di essa, e non prevede nulla di concreto che potremmo andare a vedere.
In questo universo fisico, è importante osservare tutto ciò che possiamo e raccogliere poco a poco qualsiasi conoscenza a cui abbiamo accesso. Solo da un set completo di dati che speriamo siano corretti sarà possibile formulare giudizi scientifici sulla natura dell'universo. Alcuni di questi risultati avranno conseguenze che non possiamo misurare e dimostrare: l'esistenza di più universi, per esempio. Ma quando le persone parlano di costanti fondamentali, delle leggi della fisica, dei valori dei vuoti di stringa, non sono impegnate nella scienza, stanno solo parlando. Puoi spettegolare su più universi quanto vuoi e citare le opere di spicco di tali teorici come esempio, ma non puoi fare una visione scientifica di questo.
Ilya Khel
