Se pensavi che tutto fosse limitato a ciò che abbiamo trovato oltre l'orizzonte cosmico, preparati a cambiare idea.
“È difficile costruire modelli di inflazione che non portino a un multiverso. Questo non è impossibile, quindi sono sicuro che sono necessarie ulteriori ricerche. Ma la maggior parte dei modelli di inflazione porta a un multiverso e l'evidenza dell'inflazione ci spingerà verso una seria accettazione [di universi multipli] ", ha detto Alan Guth, il fisico e cosmologo americano che ha aperto la strada all'idea dell'inflazione, o espansione cosmica, una volta.
Immagina che l'universo che osserviamo, dall'inizio alla fine, sia solo una goccia nell'oceano cosmico. Che oltre a ciò che vediamo, c'è più spazio, più galassie, soprattutto innumerevoli miliardi di anni luce più lontani di quanto possiamo mai raggiungere. E per quanto l'universo possa essere vasto, altrettanto innumerevole può essere il numero di universi simili - alcuni più grandi e più vecchi, altri più piccoli e più giovani - sparsi nello spazio-tempo. E con la stessa rapidità con cui questi universi si espandono, lo spaziotempo che li contiene si espande ancora più velocemente, allontanandoli ulteriormente e assicurando che due universi non si incontreranno mai. Sembra fantascienza? Questa è l'idea scientifica del multiverso, o universi multipli. Ma se la visione scientifica che adottiamo oggi è corretta,questa idea non sarà solo adeguata, ma anche una conseguenza inevitabile delle nostre leggi fondamentali, afferma il fisico Ethan Siegel.
L'idea di universi multipli è radicata nella fisica necessaria per descrivere l'universo che vediamo e abitiamo oggi. In tutto il cielo, vediamo stelle e galassie raggruppate in una grande rete cosmica. Ma più guardiamo nello spazio, più torniamo indietro nel tempo. Più sono lontane le galassie, più sono giovani e, quindi, meno sviluppate. Le loro stelle hanno meno elementi pesanti, appaiono più piccole perché ci sono meno fusioni, più spirali e meno ellissi (perché queste ultime richiedono tempo) e così via. Se ci spostiamo ai limiti del visibile, troveremo le primissime stelle nell'universo, e oltre di loro - una regione di oscurità in cui c'è solo una luce: il bagliore del Big Bang.
Il Big Bang stesso - accaduto 13,8 miliardi di anni fa - non è stato l'inizio dello spazio e del tempo, ma piuttosto l'inizio del nostro universo osservabile. Prima di allora, c'era un'era nota come inflazione cosmica, in cui lo spazio stesso si stava espandendo in modo esponenziale, riempito con l'energia insita nel tessuto dello spaziotempo. L'inflazione cosmica è essa stessa un esempio di una teoria che è arrivata e ha sostituito quella precedente:
“Era coerente con tutti i successi della teoria del Big Bang e copriva l'intera cosmologia moderna.
- Ha spiegato una serie di problemi che il Big Bang non poteva spiegare, incluso il motivo per cui l'universo aveva ovunque la stessa temperatura, perché è spazialmente piatto e perché non c'erano reliquie ad alta energia come i monopoli magnetici rimasti.
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“E ha fatto molte nuove previsioni che potrebbero essere testate osservativamente, la maggior parte delle quali sono state confermate.
C'era, tuttavia, una conseguenza, prevista dalla teoria dell'inflazione. Non sappiamo se possiamo confermarlo o meno: più universi.
L'inflazione porta all'espansione esponenziale dello spazio, che può portare molto rapidamente al fatto che qualsiasi spazio curvo preesistente apparirà piatto.
L'inflazione fa sì che lo spazio si espanda in modo esponenziale. Cioè, prendi tutto ciò che esisteva prima del Big Bang e diventa molto, molto, molto di più di quello che era. Finora, questo ci va bene: spiega come abbiamo ottenuto un universo omogeneo ed enorme. Quando l'inflazione finisce, l'universo è pieno di materia e radiazioni, il cui aspetto è un Big Bang rovente. Ed è qui che iniziano le stranezze. Affinché l'inflazione termini, indipendentemente dal campo quantistico responsabile, deve passare da uno stato instabile ad alta energia a uno stabile a bassa energia. Questa transizione e "scivolamento" a valle è ciò che pone fine all'inflazione e causa il Big Bang.
Ma non importa quale campo sia responsabile dell'inflazione, come in tutte le altre aree che obbediscono alle leggi della fisica, deve essere intrinsecamente un campo quantistico. Come tutti i campi quantistici, è descritto da una funzione d'onda, con la probabilità di propagazione dell'onda nel tempo. Se l'ampiezza del campo rotola lentamente nella valle, la diffusione quantistica della funzione d'onda sarà più veloce del roll-off, il che significa che è possibile, anzi probabile, che l'inflazione porterà gradualmente al Big Bang.
Se l'inflazione fosse un campo quantistico, l'ampiezza del campo divergerebbe nel tempo, con diverse regioni dello spazio che assumono differenti realizzazioni del valore del campo. In molte regioni, il valore del campo scenderà in fondo alla valle, ponendo fine all'inflazione, ma in molte altre l'inflazione continuerà per tutto il tempo che vorrai in futuro.
Poiché lo spazio si espande a un tasso esponenziale durante l'inflazione, ciò significa che nel tempo vengono create più regioni di spazio in modo esponenziale. In alcune zone, l'inflazione finirà: dove il campo scivola in una valle. Ma in altri, l'inflazione continuerà, creando sempre più spazio intorno a ciascuna area in cui finisce l'inflazione. Il tasso di inflazione è molto più veloce anche del tasso di espansione massimo dell'Universo pieno di materia ed energia, quindi, nel più breve tempo possibile, le aree di inflazione coprono tutto. Secondo i meccanismi che ci forniscono un'inflazione sufficiente per creare l'universo che vediamo, la nostra regione dello spazio in cui l'inflazione è terminata è circondata da molte altre regioni, dove l'inflazione continua o non è terminata immediatamente.
L'inflazione continua a tempo indefinito, nonostante le aree in cui è finita
È qui che si verifica il fenomeno noto come inflazione eterna. Dove finisce l'inflazione, nasce il Big Bang e l'universo - come quello che vediamo - è simile al nostro. Ma dove l'inflazione non finisce, nasce più spazio inflazionistico, che dà origine ad altre regioni in cui ci saranno big bang, separate dalla nostra, e altre regioni in cui inizia l'inflazione.
Quanto è grande il nostro universo, questa è solo una piccola frazione di tutto ciò che è realmente
Questa immagine di vasti universi, molto più grandi della parte magra che siamo in grado di osservare, costantemente creata dallo spazio in espansione, è il multiverso. È importante capire che il multiverso non è una teoria scientifica in sé e per sé. Non fa previsioni e fenomeni osservabili che possiamo raggiungere. No, il multiverso stesso è una previsione teorica che deriva dalle leggi della fisica che abbiamo dedotto fino ad oggi. Forse questa è anche una conseguenza inevitabile di queste leggi: se prendi un universo inflazionistico governato dalla fisica quantistica, ottieni questo.
Forse la nostra comprensione di questo stato prima del Big Bang è sbagliata e la nostra comprensione dell'inflazione è completamente sbagliata. In tal caso, l'esistenza di più universi non sarà la conseguenza ultima. Ma la previsione dell'inflazione eterna, contenente innumerevoli universi tascabili, è una diretta conseguenza delle nostre migliori teorie, se corrette.
Cos'è il multiverso, allora? Può andare oltre la fisica e diventare la prima "metafisica" motivata fisicamente che abbiamo mai incontrato. Per la prima volta comprendiamo i limiti di ciò che il nostro universo può insegnarci. Fino ad allora, possiamo predire, ma non possiamo né confermare né negare il fatto che il nostro universo è solo una piccola parte di un regno più grande: il multiverso.
Ilya Khel
