Più universi potrebbero finire per essere lo stesso universo. Universi paralleli e teoria della pluralità dei mondi In un universo infinito, ci sono un numero infinito di mondi

Universi con leggi fisiche diverse possono essere abitabili. Per comprendere meglio il nostro vero posto nel Multiverso, è necessario studiare altri universi.

Il tipico eroe del cinema di Hollywood è in costante lotta con la morte. Molti cattivi gli sparano, mancandolo ogni volta per un pelo. Poche frazioni di secondo separano il superuomo che salta dalla palla di fuoco dell'auto che esplode. I suoi amici vengono in suo aiuto pochi istanti prima che il coltello del mascalzone stia per tagliargli la gola. Se uno qualsiasi di questi eventi andasse anche leggermente diversamente, sarebbe un addio. Detto questo, anche se non abbiamo mai visto il film prima, qualcosa ci dice che finirà in un certo modo.

In un certo senso, la storia del nostro universo è come un film di Hollywood. Alcuni scienziati ritengono che anche un piccolo cambiamento in una delle leggi fondamentali della fisica potrebbe portare a una catastrofe che sconvolgerebbe il normale sviluppo dell'Universo, rendendo impossibile la nostra esistenza. Ad esempio, se la forte forza nucleare che tiene insieme i nuclei degli atomi fosse leggermente più forte o, al contrario, più debole, nelle stelle si formerebbero pochissimo carbonio e altri elementi chimici necessari per la formazione dei pianeti, per non parlare della vita. Se il protone fosse solo lo 0,2% più pesante di quanto è, allora tutto l’idrogeno primordiale decadrebbe quasi immediatamente in neutroni e non si formerebbe alcun atomo. E tali coincidenze sono innumerevoli.

PUNTI FONDAMENTALI

1. Molti altri universi, ciascuno con il proprio insieme di leggi fisiche, potrebbero essere sorti dallo stesso vuoto primordiale che ha dato vita al nostro Universo.

2. Molti di questi possibili universi potrebbero contenere strutture complesse e forse anche alcune forme di vita.

3. Tali concetti sulla molteplicità dei mondi suggeriscono che il nostro Universo potrebbe non essere particolarmente “sintonizzato” sull’emergere della vita, come si credeva in precedenza.

Le leggi della fisica - e, in particolare, le costanti del mondo in esse incluse, come le costanti di accoppiamento delle forze fondamentali - si sono rivelate "sintonizzate" in modo tale da rendere possibile la nostra esistenza. Questo punto di vista non è lontano dai tentativi di attrarre spiegazioni soprannaturali che potrebbero andare oltre la portata della scienza. Molti fisici e cosmologi negli anni '70. cominciò a risolvere il problema suggerendo che il nostro Universo è solo uno dei tanti esistenti, ognuno dei quali ha le proprie leggi fisiche. Secondo tale ragionamento “antropico”, potremmo occupare un universo molto raro, appositamente “sintonizzato”, in cui l’intero insieme di condizioni ha permesso la formazione della vita.

È sorprendente che secondo la teoria prevalente nella cosmologia moderna, le cui basi sono state gettate negli anni '80, possano effettivamente esistere “universi paralleli”. Molti universi, infatti, potrebbero nascere costantemente dal vuoto primordiale nello stesso modo in cui si è formato il nostro Universo. Il nostro Universo potrebbe essere uno dei tanti universi “tascabili” in uno spazio vasto e onnicomprensivo chiamato Multiverso. Nella stragrande maggioranza di tali universi, le leggi della fisica potrebbero non portare alla formazione di materia familiare o di galassie, stelle, pianeti e vita. Tuttavia, se consideriamo l’insieme completo di tutte le opzioni possibili, la natura ha buone probabilità di formare almeno una volta le leggi “corrette”.

COS'È IL MULTIVERSO?

Gli universi alternativi stanno ora diventando oggetto di ricerche serie, in parte perché potrebbero effettivamente esistere. Secondo il modello cosmologico generalmente accettato, il nostro Universo è nato da una regione microscopica del vuoto primordiale a causa di una rapida espansione esponenziale chiamata inflazione. Ma il vuoto può continuamente dare vita ad altri universi. Ogni universo ha il proprio insieme di leggi fisiche; alcuni possono consentire l’emergere della vita, altri no

Tuttavia, secondo la nostra recente ricerca, alcuni degli altri universi, partendo dal presupposto che esistano, potrebbero non essere così ostili. Ciò che è notevole è che abbiamo trovato esempi di valori alternativi di costanti fondamentali e, quindi, insiemi alternativi di leggi fisiche sulla base delle quali potrebbero esistere mondi molto interessanti, e forse anche la vita. L'idea di base è quella di cambiare una delle leggi della natura, e poi in qualche modo adeguare ad essa tutte le altre.

Il nostro lavoro si distingue in qualche modo dai seri problemi della fisica teorica, come, ad esempio, il problema della piccolezza della costante cosmologica, per cui il nostro Universo non è collassato immediatamente dopo il Big Bang e non è stato dilaniato da una crescita esponenziale espansione. Tuttavia, l’esistenza di universi alternativi e, in linea di principio, abitabili solleva interrogativi interessanti e ci permette di comprendere quanto sia unico il nostro Universo.

Vita senza interazione debole

Il percorso generalmente accettato dagli scienziati è quello di trasformare una costante fondamentale in una variabile adatta e modificarla, lasciando invariati tutti gli altri parametri del modello in studio. Sulla base delle nuove leggi della fisica che emergono, gli scienziati sembrano guardare un film sull'universo: fanno calcoli, prevedono vari scenari per il suo sviluppo utilizzando la modellazione computerizzata per fare ipotesi su possibili disastri. Ma perché viene fissato un solo parametro alla volta? La situazione ricorda la guida di un'auto, quando il conducente segue solo una latitudine o longitudine, ma non modifica entrambi i valori contemporaneamente. Tuttavia, è ovvio che restare fedeli a una delle linee della griglia non ti porterà lungo la strada che desideri. Pertanto, è necessario modificare almeno due parametri.

Per ricercare insiemi alternativi di leggi fisiche che possano comunque creare strutture complesse che possano a loro volta dare origine alla vita, uno di noi (Gilad Perez) e i suoi collaboratori, senza apportare nemmeno una minima modifica alle leggi della fisica conosciute, hanno semplicemente escluso una delle quattro interazioni fondamentali.

COME TROVARE UN UNIVERSO OSPITALE?

Molti dettagli nelle leggi della natura risultano essere ben calibrati. Pertanto, una piccola variazione nel valore di qualsiasi costante che appare nelle equazioni fisiche porta solitamente al disastro. Ad esempio, gli atomi non possono formarsi, oppure la materia diventa altamente dispersa nello spazio, così che non possono formarsi né galassie, né stelle, né pianeti. La modifica di due costanti contemporaneamente, tuttavia, a volte può portare a molteplici valori possibili che consentono l’emergere di strutture complesse o addirittura di alcune forme di vita intelligente. La modifica di tre o più parametri espande ulteriormente il numero di possibilità

Con il loro stesso nome, le interazioni fondamentali vengono presentate come qualcosa di necessario per qualsiasi universo che si rispetti. Pertanto, senza le forti interazioni nucleari che legano i quark in protoni e neutroni, e questi a loro volta in nuclei atomici, la materia come la conosciamo non esisterebbe. Senza l’interazione elettromagnetica non ci sarebbero né luce, né atomi, né legami chimici. Senza gravità, non esiste alcuna forza che unisca la materia nelle galassie, nelle stelle e nei pianeti.

La quarta forza (nucleare debole) è invisibilmente presente nella nostra vita quotidiana, ma gioca un ruolo importante anche nella storia dell'Universo. Tra le varie altre proprietà importanti, l'interazione debole rende possibile la trasformazione dei neutroni in protoni e viceversa. Nei primi istanti dopo il Big Bang, dopo che i quark (che furono tra le prime forme della materia) si unirono in gruppi di tre per formare protoni e neutroni, chiamati collettivamente barioni, questi ultimi riuscirono a combinarsi in gruppi di quattro per formare l'elio -4 nuclei contenenti due protoni e due neutroni. Questa cosiddetta nucleosintesi del Big Bang ha richiesto solo pochi secondi nella vita del nostro Universo, quando si è raffreddato abbastanza da formare barioni, ma non da permettere loro di subire la fusione nucleare. Il processo di nucleosintesi del Big Bang produsse idrogeno ed elio, che avrebbero poi formato le stelle, dove la fusione nucleare e altri processi avrebbero potuto forgiare tutti gli altri elementi chimici. Ancora oggi, la fusione di quattro protoni per creare l'elio-4 continua all'interno del nostro Sole, dove viene creata la maggior parte dell'energia che riceviamo da questa stella.

ALTRE NOTE SULL'UNIVERSO PARALLELO

Fisici e cosmologi (e spesso scrittori di fantascienza) parlano di universi paralleli in vari contesti. Esistono almeno tre concetti di Multiverso che differiscono da quello presentato nell'articolo

CHIASSO
Il nostro Universo è forse molto più grande della parte di esso che possiamo osservare: la nostra “bolla di Hubble”. Se il nostro Universo ha una dimensione infinita, allora dovrebbe esserci un numero infinito di tali bolle con centri in osservatori situati in diverse galassie. Alcuni potrebbero essere identici ai nostri, altri no.

BRONI
Se lo spazio ha più di tre dimensioni, il nostro Universo potrebbe essere una delle membrane tridimensionali, o “brane”, nello spazio a dimensioni superiori. Tali universi paralleli possono influenzarsi a vicenda e persino fondersi

IPOTESI SUI MONDI MULTIDIMENSIONALI.
Nella fisica quantistica, lo stesso oggetto può trovarsi in stati diversi, come il famoso “gatto di Schrödinger”, che è sia vivo che morto. E solo l'influenza esterna può costringere un oggetto ad entrare in uno stato specifico. Alcuni scienziati ritengono che esista l'intero insieme continuo di possibili stati, ciascuno in un "ramo" separato della storia del nostro Universo

Senza la forza debole, sembra improbabile che i composti chimici complessi, e quindi la vita, si sarebbero formati nell’Universo. Nel 2006, Perez e il suo team hanno scoperto molte leggi fisiche che si basano solo sulle altre tre forze, ma che comunque rendono l’universo abitabile.

L’eliminazione della forza debole ha richiesto alcune modifiche al cosiddetto Modello Standard della fisica delle particelle, che descrive tutte le interazioni tranne la gravità. Il gruppo di ricerca ha dimostrato che è possibile apportare modifiche in modo che il comportamento delle altre tre forze – e il resto dei parametri di base, come le masse dei quark – possa essere lo stesso del nostro mondo. Vogliamo sottolineare che tale scelta è conservativa, intesa a facilitare il calcolo dei parametri di sviluppo dell'universo. È del tutto possibile che un gran numero di altri universi, “privi” dell'interazione debole, siano abitati, ma completamente diversi dal nostro. In un universo senza la forza debole, la normale fusione dei protoni per formare l'elio sarebbe impossibile perché il processo richiederebbe la conversione di due protoni in neutroni. Tuttavia, è possibile un altro modo per la formazione di elementi chimici. Ad esempio, nel nostro Universo, la materia predomina in modo significativo sull'antimateria, ma un piccolo aggiustamento nel valore del parametro che controlla tale asimmetria è sufficiente affinché la nucleosintesi del Big Bang lasci la maggior parte dei nuclei di deuterio. Il deuterio, noto anche come idrogeno-2, è un isotopo dell'idrogeno il cui nucleo contiene oltre ad un protone anche un neutrone. Così, grazie alla fusione di un nucleo di protone e uno di deuterio e alla formazione di nuclei di elio-3 (due protoni e un neutrone), potrebbero brillare stelle che, prive di reazioni dovute all’interazione debole, sarebbero più fredde e più piccole di le stelle del nostro Universo. Secondo le simulazioni al computer dell’astrofisico Adam Burrows di Princeton, tali stelle potrebbero esaurirsi in soli 7 miliardi di anni (l’età approssimativa del nostro Sole) e rilasciare energia a una velocità pari a una piccola percentuale di quella del Sole.

Prossima fase

Come le stelle del nostro Universo, le stelle senza interazione debole potrebbero sintetizzare elementi chimici fino al ferro a seguito di reazioni nucleari. Tuttavia, la tipica reazione che nelle nostre stelle porta alla creazione di elementi più pesanti del ferro non sempre si verificherebbe in queste stelle, principalmente perché avrebbero troppo pochi neutroni disponibili per essere catturati dai nuclei per creare isotopi pesanti – il primo passo nella formazione di elementi pesanti. Piccole quantità di elementi pesanti (fino allo stronzio) possono essere sintetizzate in stelle private della forza debole attraverso altri meccanismi.

Nel nostro Universo, le esplosioni di supernova diffondono nuovi elementi sintetizzati nello spazio e sintetizzano esse stesse nuovi elementi. Esistono diversi tipi di supernova: in un universo senza la forza debole, le esplosioni di supernova causate dal collasso di stelle supermassicce potrebbero non verificarsi perché l'esplosione è un flusso di neutroni prodotto dalla forza debole, che trasporta energia dall'interno della stella e crea un'onda d'urto che provoca l'esplosione. Ma possono esistere anche diversi tipi di supernova: l'esplosione termonucleare di una stella dovuta all'accrescimento o al collasso gravitazionale. In questo modo gli elementi potranno essere dispersi nello spazio interstellare, dove daranno origine a nuove stelle e pianeti.

Date le temperature relativamente basse delle stelle prive di reazioni di forza deboli, un corpo simile alla Terra dovrebbe essere circa sei volte più vicino al suo Sole. Per gli abitanti di un pianeta del genere, la stella sembrerebbe molto più grande. Una Terra così nuova senza la forza debole differirebbe in molti modi dal nostro pianeta natale. Nel nostro mondo, le placche tettoniche e l'attività vulcanica traggono la loro energia dal decadimento radioattivo dell'uranio e del torio all'interno della Terra. Privata di questi elementi pesanti, una Terra tipica senza la forza debole avrebbe una geologia relativamente noiosa e informe, fatta eccezione per i processi gravitazionali che forniscono un'ulteriore fonte di riscaldamento, come accade su alcune lune di Saturno e Giove.

D’altro canto la chimica sarebbe simile al nostro mondo. La differenza sarebbe che la tavola periodica terminerebbe con il ferro, fatta eccezione per tracce molto minori di altri elementi. Tuttavia, tale restrizione non impedirebbe la formazione di forme di vita simili a quelle a noi conosciute. Pertanto, anche in un Universo con tre interazioni fondamentali, la vita potrebbe sorgere.

Un altro approccio, considerato da un altro autore di questo articolo (Alejandro Jenkins) e collaboratori, è quello di cercare insiemi alternativi di leggi della fisica per modificare il Modello Standard meno di quanto si fa nel caso di un universo senza l'interazione debole (questo introduce parametri aggiuntivi). Nel 2008, un team di scienziati ha studiato la misura in cui le masse dei tre quark più leggeri dei sei (chiamati up, down e strange) potrebbero cambiare mantenendo la chimica organica. Un cambiamento nelle masse dei quark influenzerà inevitabilmente quali barioni e quali nuclei atomici possono esistere senza un rapido decadimento. A sua volta, il diverso assortimento di nuclei atomici influenzerà la chimica nel suo insieme.

UNA BREVE STORIA DELL'UNIVERSO ALTERNATIVO

Un universo con tre forze fondamentali invece delle solite quattro potrebbe risultare sorprendentemente familiare. Ecco come farlo:

Rimuovere la forza debole modificando alcune costanti del Modello Standard della fisica delle particelle;
lasciare le restanti interazioni esattamente come nel nostro Universo;
modificare altri parametri per favorire la presenza di reazioni nucleari nelle stelle.

Il risultato sarà un mondo dalla struttura complessa che potrebbe supportare forme di vita simili a quelle sulla Terra

Chimica dei quark

Sembra plausibile che la vita intelligente – se non è troppo diversa dalla nostra – richieda una sorta di chimica organica, che per definizione contiene carbonio. Le proprietà chimiche del carbonio sono conseguenze della sua struttura atomica: il suo nucleo ha una carica elettrica pari a 6, cioè Ci sono sei elettroni in orbita in un atomo di carbonio neutro. Queste proprietà fanno sì che il carbonio crei un’enorme varietà di molecole. Il suggerimento spesso avanzato dagli scrittori di fantascienza secondo cui la vita potrebbe essere basata sul silicio, l’elemento successivo nel gruppo del carbonio sulla tavola periodica, è controverso perché non esiste un numero significativo di molecole diverse basate sul silicio. Inoltre, affinché si formino molecole organiche complesse, devono esserci elementi con le proprietà chimiche dell'idrogeno (carica 1) e dell'ossigeno (carica 8). Per vedere se potevano generare chimica organica, il team ha dovuto calcolare se i nuclei con cariche 1, 6 o 8 potevano decadere radioattivamente prima di poter prendere parte alle reazioni chimiche (vedi riquadro laterale). La stabilità dei nuclei è parziale. dipende dalla loro masse, che a loro volta sono determinate dalle masse dei loro barioni costituenti. Calcolare le masse dei barioni e dei nuclei, se si inizia il calcolo con le masse dei quark, è molto complesso anche per il nostro Universo. Tuttavia, dopo aver messo a punto l’intensità delle interazioni dei quark, possiamo utilizzare le masse dei barioni misurate nel nostro Universo per stimare quali cambiamenti nelle masse dei quark potrebbero influenzare le masse dei nuclei.

Nel nostro mondo, un neutrone è esattamente lo 0,1% più pesante di un protone. Se le masse dei quark cambiassero in modo tale che il neutrone diventasse il 2% più pesante del protone, allora non esisterebbero composti stabili di carbonio e ossigeno. Se le masse dei quark fossero "sintonizzate" per rendere il protone più pesante del neutrone, allora il protone nel nucleo di idrogeno potrebbe catturare un elettrone in orbita e diventare un neutrone - quindi gli atomi di idrogeno non sarebbero stabili a lungo. Ma il deuterio o il trizio (idrogeno-3) potrebbero essere ancora stabili e formare alcune forme di ossigeno e carbonio. La nostra ricerca ha dimostrato che anche se un protone diventa più pesante di un neutrone di oltre l’1%, alcune forme stabili di idrogeno potrebbero scomparire.

Se il deuterio (o il trizio) sostituisse l’idrogeno-1, gli oceani sarebbero pieni di “acqua pesante”, che presenta solo lievi differenze nelle sue proprietà fisiche e chimiche rispetto all’acqua ordinaria. In tali mondi non ci saranno ostacoli fondamentali allo sviluppo della vita organica.

GIOCARE CON LA SOSTANZA

Immagina che la massa dei quark leggeri sia cambiata (stiamo parlando di particelle che possono formare barioni stabili, come neutroni e protoni). Gli elementi rimarranno tali da rendere possibile la vita come la conosciamo? Come minimo, l'universo risultante dovrebbe contenere nuclei stabili con cariche elettriche 1, 6 e 8, perché tali cariche conferirebbero loro proprietà simili rispettivamente all'idrogeno, al carbonio e all'ossigeno. Di seguito sono riportate diverse opzioni su ciò che sarebbe potuto accadere.

Nel nostro mondo, il terzo quark più leggero (il quark strano) è troppo pesante per prendere parte ai processi della fisica nucleare. Tuttavia, se la sua massa viene ridotta di oltre dieci volte, i nuclei possono formarsi non solo da protoni e neutroni, ma anche da altri barioni contenenti un quark strano.

Ad esempio, il nostro gruppo di ricerca ha identificato un universo in cui il quark up e il quark strange potrebbero avere la stessa massa, ma il quark down sarebbe molto più leggero. I nuclei atomici non sarebbero costituiti da protoni e neutroni: al posto dei neutroni ci sarebbe un altro barione, chiamato “sigma minus”. È importante notare che anche un universo così radicalmente diverso avrebbe forme stabili di idrogeno, carbonio e ossigeno e quindi potrebbe avere una chimica organica. Se tali elementi possano presentarsi in quantità sufficienti affinché la vita possa apparire da qualche parte o meno è una questione aperta.

Ma se la vita potesse sorgere, potrebbe accadere la stessa cosa che nel nostro mondo. In un universo del genere, i fisici si troverebbero di fronte alla domanda sul perché i quark top e quelli strange abbiano quasi le stesse masse. Potrebbero addirittura immaginare che una coincidenza così sorprendente abbia una spiegazione antropica, basata sulla necessità dell’esistenza della chimica organica. Tuttavia, sappiamo che una tale spiegazione sarebbe falsa, perché anche il nostro mondo ha una chimica organica, nonostante le masse dei quark top e strani siano diverse.

D’altra parte, gli universi in cui tutti e tre i quark leggeri avessero la stessa massa potrebbero non avere una chimica organica: qualsiasi nucleo con una carica elettrica sufficientemente grande decaderebbe quasi immediatamente. Purtroppo è molto difficile ricostruire nel dettaglio la storia di universi i cui parametri fisici differiscono dai nostri. Questo argomento richiede ulteriori ricerche.

Paesaggio di corde

Gli scienziati hanno ottenuto prove indirette dell'esistenza del Multiverso attraverso la modellazione e l'adattamento dei parametri. La reale esistenza del Multiverso è ancora in dubbio? Non riteniamo che ciò sia necessario per due motivi. La prima deriva da osservazioni coerenti con la teoria. Le prove astronomiche supportano fortemente l’ipotesi che il nostro universo sia nato da una minuscola regione dello spazio-tempo, forse delle dimensioni di un miliardesimo di protone. L’Universo ha poi attraversato una fase di crescita rapida, esponenziale, chiamata inflazione. I cosmologi non hanno ancora creato un modello definitivo di inflazione, ma, secondo la teoria, diverse regioni dello spazio-tempo potrebbero espandersi a ritmi diversi, creando così qualcosa di simile a una “tasca” che potrebbe diventare un universo indipendente con le proprie costanti fisiche. Lo spazio tra i singoli universi tascabili potrebbe continuare ad espandersi così rapidamente che sarebbe impossibile viaggiare e inviare messaggi da un universo all’altro, anche alla velocità della luce.

La seconda ragione dell'esistenza del Multiverso è questa: il valore della costante cosmologica, misura dell'energia dello spazio vuoto, è “sintonizzato” con un insolito grado di precisione. La fisica quantistica prevede che anche lo spazio vuoto contiene energia. La teoria della relatività generale di Einstein afferma che tutte le forme di energia causano la gravità. Se l’energia è positiva, fa sì che lo spazio si espanda ad un ritmo esponenziale. Se negativo, l’universo collasserà in un “Grande Slam”. Secondo la teoria quantistica, la costante cosmologica dovrebbe essere di grandezza così grande che lo spazio si espanderebbe troppo rapidamente perché si formino strutture come le galassie o perché l’universo collassi in una frazione di secondo.

C'È NESSUNO?

Molte leggi fisiche possono emergere dal vuoto primordiale. Nella maggior parte dei casi, compresi quelli discussi di seguito, non è noto se la vita possa sorgere in tali universi. Ma la ricerca futura potrebbe essere in grado di rispondere a questa domanda

REGOLE DELL'ELIO
Alcune modifiche all'universo senza la forza debole potrebbero portare alla formazione di un universo praticamente privo di idrogeno; le stelle sarebbero costituite prevalentemente da elio

MULTI-QUARK
Nel nostro Universo, i quark formano particelle combinandosi in coppie o triplette, ma in altri universi, i quark possono combinarsi in gruppi di quattro, cinque o più

DIMENSIONI SUPERIORI
Secondo la teoria delle superstringhe, lo spazio ha dieci dimensioni. Nel nostro Universo, tutti tranne tre sono contorti o, per qualche altro motivo, invisibili. Cosa succederebbe se quattro o più dimensioni fossero ancora visibili?

Un modo per spiegare perché il nostro Universo è sfuggito a tali orrori è suggerire che qualche termine nelle equazioni di Einstein annulli il contributo della costante cosmologica. Il problema è che questo termine dovrebbe essere "sintonizzato" in modo molto preciso: una deviazione del suo valore anche solo di un centesimo decimale porterebbe all'assenza di strutture nell'Universo.

Nel 1987, Steven Weinberg, un fisico teorico vincitore del Premio Nobel presso l’Università del Texas ad Austin, propose una spiegazione antropica. Calcolò il limite superiore del valore della costante cosmologica. Se il suo valore reale fosse maggiore, lo spazio si espanderebbe così rapidamente che l'Universo non avrebbe le strutture necessarie per l'emergere della vita. Pertanto, la nostra stessa esistenza dimostra che il valore della costante cosmologica è piccolo.

Inoltre, alla fine degli anni '90. Nel secolo scorso, gli astronomi hanno scoperto che l’Universo si sta espandendo a un ritmo accelerato a causa di una forma sconosciuta di “energia oscura”. Il tasso di espansione osservato suggerisce che la costante cosmologica è piccola e positiva – all'interno dell'intervallo previsto da Weinberg: ciò significa che l'energia oscura è molto “sparsa”.

Pertanto, la costante cosmologica sembra essere “sintonizzata” con la massima precisione. Inoltre, i metodi applicati dal nostro gruppo all'interazione debole e alle masse dei quark sembrano fallire in questo caso, perché è apparentemente impossibile individuare universi correlati in cui la costante cosmologica è significativamente maggiore del valore che osserviamo. Nel Multiverso, la stragrande maggioranza degli universi potrebbe avere una costante cosmologica alla quale non si formerebbe alcuna struttura. L'analogo del mondo reale è un viaggio di migliaia di persone attraverso un deserto difficile. I pochi fortunati che riusciranno a farcela e a sopravvivere racconteranno storie emozionanti su serpenti velenosi e altri pericoli mortali che sembrano troppo lontani dalla realtà.

Gli argomenti teorici nati dalla teoria delle stringhe (estensioni speculative del Modello Standard e tentativi di descrivere tutte le interazioni come vibrazioni di stringhe microscopiche) sembrano supportare un simile scenario. Questi argomenti suggeriscono che durante l’inflazione, la costante cosmologica e altri parametri potrebbero avere una gamma veramente illimitata di valori diversi, chiamata “paesaggio della teoria delle stringhe” ( vedi: Busso R., Polchinski J. Paesaggio della teoria delle stringhe // VMN, No. 12, 2004). Il nostro lavoro, tuttavia, mette in dubbio l’utilità del principio antropico, almeno al di fuori del caso della costante cosmologica. Si presentano anche problemi importanti. Ad esempio, se la vita è veramente possibile senza la forza debole, allora perché esiste nel nostro Universo? In effetti, la fisica delle particelle dice che esiste una forza debole nel nostro universo, ma non abbastanza debole. La sua grandezza osservativa appare innaturalmente grande nel Modello Standard. La spiegazione principale di questo mistero richiede l'esistenza di nuove particelle e nuove forze, che i fisici sperano di scoprire al Large Hadron Collider. Di conseguenza, molti teorici si aspettano che la maggior parte degli universi abbia una forza debole così debole da poter essere considerata praticamente inesistente. Pertanto, non sorprende che viviamo in un universo con una forza debole. Naturalmente, solo una conoscenza approfondita di come è nato l'Universo aiuterà a rispondere a tutte queste domande. In particolare, possiamo scoprire principi fisici a livelli più fondamentali che la natura accetta queste leggi e non altre. Potremmo non trovare prove dirette dell'esistenza di altri universi e non saremo in grado di vederne nessuno, ma dobbiamo scopri di più su di loro se vogliamo comprendere il nostro vero posto nel Multiverso o cosa si trova oltre.

Alessandro Jenkins(Alejandro Jenkins), costaricano, lavora nel gruppo di fisica delle alte energie dell'Università della Florida. Laureato all'Università di Harvard e al California Institute of Technology. Sta ricercando la possibilità di universi alternativi al MIT con Bob Jaffe e Itamar Kimchi. Gilad Perez è un fisico teorico presso l'Istituto Weizmann israeliano di Rehovot, dove ha conseguito il dottorato nel 2002 presso il Laboratorio Nazionale. Lawrence Berkeley, esplora il multiverso con Roni Harnik della Stanford University e Graham D. Kribs dell'Università dell'Oregon. Lavora anche alla Stony Brook University, alla Boston University e alla Harvard University.

LETTERATURA AGGIUNTIVA

Universo del designer? Steven Weinberg. Conferenza sul Cosmic Design dell'American Association for the Advancement of Science, Washington, D.C., aprile 1999. Disponibile online all'indirizzo www.physlink.com/education/essay_weinberg.cfm.
Tegmark M. Universi paralleli // VMN, n. 8, 2003.
Un universo senza interazioni deboli. Roni Harnik, Graham D. Kribs e Gilad Perez in Physical Review D, vol. 74, n. 3, pagine 035006-1-035006-15; Agosto 2006.
Masse di quark: una dichiarazione di impatto ambientale. Roberto l. Jaffe, Alejandro Jenkins e Itamar Kimchi in Physical Review D, vol. 79, n. 6, pagine 065014-1065014-33; marzo 2009.

Il multiverso è un concetto scientifico che suggerisce l'esistenza di molti universi paralleli. Esistono numerose ipotesi che descrivono la diversità di questi mondi, le loro proprietà e interazioni.

Il successo della teoria quantistica è innegabile. Dopotutto, insieme ad esso, rappresenta tutte le leggi fondamentali della fisica conosciute nel mondo moderno. Nonostante ciò, la teoria quantistica pone ancora una serie di domande alle quali non esiste ancora una risposta definitiva. Uno di questi è il noto “problema del gatto di Schrödinger”, che dimostra chiaramente le basi traballanti della teoria quantistica, che si basa sulle previsioni e sulla probabilità di un particolare evento. Il punto è che una caratteristica di una particella, secondo la teoria quantistica, è la sua esistenza in uno stato pari alla somma di tutti i suoi possibili stati. In questo caso, se applichiamo questa legge al mondo quantistico, si scopre che il gatto è la somma degli stati di un gatto vivo e di uno morto!

E sebbene le leggi della teoria quantistica siano utilizzate con successo nell'applicazione di tecnologie come radar, radio, telefoni cellulari e Internet, dobbiamo sopportare il paradosso di cui sopra.

Nel tentativo di risolvere il problema quantistico è stata formulata la cosiddetta “teoria di Copenhagen”, secondo la quale lo stato del gatto diventa definito quando apriamo la scatola e osserviamo il suo stato, che prima era indefinito. Tuttavia, applicare la teoria di Copenhagen, ad esempio, significa che Plutone esiste solo da quando è stato scoperto dall’astronomo americano Clyde Tombaugh il 18 febbraio 1930. Solo in questo giorno è stata registrata la funzione d'onda (stato) di Plutone e tutto il resto è crollato. Ma si sa che l'età di Plutone supera i 3,5 miliardi di anni, il che indica problemi con l'interpretazione di Copenhagen.

Pluralità di mondi

Un'altra soluzione al problema quantistico fu proposta dal fisico americano Hugh Everett nel 1957. Ha formulato la cosiddetta “interpretazione a molti mondi dei mondi quantistici”. Secondo esso, ogni volta che un oggetto passa da uno stato incerto a uno certo, questo oggetto viene suddiviso in un numero di stati probabili. Prendendo l'esempio del gatto di Schrödinger, quando apriamo la scatola, appare un universo con uno scenario in cui il gatto è morto e appare un universo in cui rimane vivo. Si trova quindi in due stati, ma in mondi paralleli, cioè tutte le funzioni d'onda del gatto rimangono valide e nessuna di esse collassa.

Era questa ipotesi che molti scrittori di fantascienza usavano nelle loro opere di fantascienza. La pluralità di mondi paralleli suggerisce la presenza di una serie di eventi alternativi, a causa dei quali la storia ha preso un corso diverso. Ad esempio, in alcuni mondi l’invincibile Armata spagnola non è stata sconfitta o il Terzo Reich ha vinto la Seconda Guerra Mondiale.

Un'interpretazione più moderna di questo modello spiega l'impossibilità di interazione con altri mondi a causa della mancanza di coerenza delle funzioni d'onda. In parole povere, ad un certo punto la nostra funzione d'onda ha smesso di oscillare nel tempo con le funzioni dei mondi paralleli. Allora è del tutto possibile che possiamo convivere in un appartamento con “coinquilini” di altri universi, senza interagire in alcun modo con loro, ed essere convinti, come loro, che il nostro Universo sia quello reale.

In effetti, il termine “molti mondi” non è del tutto appropriato per questa teoria, poiché presuppone un mondo con molte varianti di eventi che si verificano simultaneamente.

La maggior parte dei fisici teorici concorda sul fatto che questa ipotesi è incredibilmente fantastica, ma spiega i problemi della teoria quantistica. Tuttavia, un certo numero di scienziati non considera scientifica l'interpretazione dei molti mondi, poiché non può essere confermata o confutata utilizzando il metodo scientifico.

Nella cosmologia quantistica

Oggi l'ipotesi della pluralità dei mondi ritorna sulla scena scientifica, poiché gli scienziati intendono utilizzare la teoria quantistica non per qualche oggetto, ma per applicarla all'intero Universo. Stiamo parlando della cosiddetta “cosmologia quantistica”, che, come può sembrare a prima vista, è assurda anche nella sua formulazione. Le domande in questo campo scientifico riguardano l'Universo. La dimensione minuscola dell'Universo nelle prime fasi della sua formazione è abbastanza coerente con la scala della teoria quantistica.

In questo caso, se le dimensioni dell'Universo fossero dell'ordine di , allora applicando ad esse la teoria quantistica, potremmo ottenere anche uno stato indefinito dell'Universo. Quest'ultimo implica l'esistenza di altri universi in stati diversi con probabilità diverse. Quindi gli stati di tutti i mondi paralleli danno in totale un'unica "funzione d'onda dell'Universo". A differenza dell’interpretazione a molti mondi, gli universi quantistici esistono separatamente.

Come sapete, esiste un problema di messa a punto dell'Universo, che attira l'attenzione sul fatto che le costanti fisiche fondamentali che definiscono le leggi fondamentali della natura nel mondo sono scelte idealmente per l'esistenza della vita. Se la massa del protone fosse leggermente più piccola, la formazione di elementi più pesanti dell’idrogeno sarebbe impossibile. Questo problema può essere risolto utilizzando il modello del multiverso, in cui vengono realizzati molti universi paralleli con valori fondamentali diversi. Quindi la probabilità dell'esistenza di alcuni di questi mondi è piccola e "muoiono" subito dopo la loro nascita, ad esempio, si restringono o volano via. Altri, le cui costanti formano leggi fisiche non contraddittorie, molto probabilmente rimangono stabili. Secondo questa ipotesi, il multiverso comprende un gran numero di mondi paralleli, la maggior parte dei quali sono “morti”, e solo un piccolo numero di universi paralleli permette loro di esistere a lungo, e dà addirittura il diritto alla presenza di esseri intelligenti. vita.

Nella teoria delle stringhe

Una delle aree più promettenti della fisica teorica è. È impegnata nella descrizione delle stringhe quantistiche: oggetti unidimensionali estesi, le cui vibrazioni ci appaiono sotto forma di particelle. Lo scopo originale di questa teoria è quello di unificare due teorie fondamentali: la relatività generale e la teoria quantistica. Come si è scoperto in seguito, ciò può essere fatto in diversi modi, a seguito dei quali si sono formate diverse teorie delle stringhe. A metà degli anni '90, un certo numero di fisici teorici scoprirono che queste teorie erano istanze diverse di un unico costrutto, in seguito chiamato "teoria M".

La sua particolarità sta nell'esistenza di una certa membrana a 11 dimensioni, le cui corde permeano il nostro Universo. Tuttavia, viviamo in un mondo a quattro dimensioni (tre coordinate spaziali e una temporale), dove vanno le altre dimensioni? Gli scienziati suggeriscono che si chiudono su se stessi su scala molto piccola, che non può ancora essere osservata a causa dello sviluppo insufficiente della tecnologia. Da questa affermazione segue un altro problema puramente matematico: si verificano un gran numero di "falsi vuoti".

La spiegazione più semplice per questa convoluzione di spazi non osservabili da noi, così come la presenza di falsi vuoti, è il multiverso. I fisici delle stringhe si basano sull'idea che esista un numero enorme di altri universi con non solo leggi fisiche diverse, ma anche un diverso numero di dimensioni. Pertanto, la membrana del nostro Universo in forma semplificata può essere rappresentata come una sfera, una bolla sulla superficie della quale viviamo e le cui 7 dimensioni sono in uno stato “collassato”. Quindi il nostro mondo, insieme ad altri universi a membrana, è qualcosa come una massa di bolle di sapone che galleggiano nell'iperspazio a 11 dimensioni. Noi, esistendo nello spazio tridimensionale, non possiamo uscirne e quindi non abbiamo l'opportunità di interagire con altri universi.

Come accennato in precedenza, la maggior parte dei mondi e degli universi paralleli sono morti. Cioè, a causa di leggi fisiche instabili o inadatte alla vita, la loro sostanza può essere rappresentata, ad esempio, solo sotto forma di un accumulo senza struttura di elettroni e. La ragione di ciò è la varietà dei possibili stati quantistici delle particelle, diversi valori delle costanti fondamentali e un diverso numero di dimensioni. È interessante notare che tale ipotesi non contraddice il principio copernicano, secondo il quale il nostro mondo non è unico. Poiché, anche se in piccole quantità, possono esserci mondi le cui leggi fisiche, nonostante le differenze dalle nostre, consentono ancora la formazione di strutture complesse e l'emergere di vita intelligente.

La validità della teoria

Anche se l’ipotesi del multiverso sembra uscita da un libro di fantascienza, presenta uno svantaggio: è impossibile per gli scienziati dimostrarla o confutarla utilizzando il metodo scientifico. Ma c’è dietro una matematica complessa e su di essa si basano numerose teorie fisiche significative e promettenti. Gli argomenti a favore del multiverso sono presentati nel seguente elenco:

È il fondamento per l’esistenza di un’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica. Una delle due teorie avanzate (insieme all'interpretazione di Copenhagen) che risolvono il problema dell'incertezza nella meccanica quantistica.
Spiega le ragioni dell'esistenza della messa a punto dell'Universo. Nel caso del multiverso, i parametri del nostro mondo sono solo una delle tante opzioni possibili.
È il cosiddetto “paesaggio della teoria delle stringhe”, poiché risolve il problema dei falsi vuoti e permette di descrivere il motivo per cui un certo numero di dimensioni del nostro Universo si ripiegano.

Supportato da , che ne spiega meglio l'estensione. Nelle prime fasi della formazione dell'Universo, molto probabilmente potrebbe essere stato diviso in due o più universi, ognuno dei quali si è evoluto indipendentemente dall'altro. Il moderno modello cosmologico standard dell’Universo, Lambda-CDM, si basa sulla teoria dell’inflazione.

Il cosmologo svedese Max Tegmark ha proposto una classificazione di vari mondi alternativi:

Universi oltre il nostro Universo visibile.
Universi con altre costanti fondamentali e numeri di dimensioni, che, per esempio, possono trovarsi su altre membrane, secondo la teoria M.
Universi paralleli che sorgono secondo l'interpretazione dei molti mondi della meccanica quantistica.
L’insieme finale è costituito da tutti gli universi possibili.

Non c'è ancora nulla da dire sul destino futuro della teoria del multiverso, ma oggi occupa un posto d'onore nella cosmologia e nella fisica teorica, ed è supportata da numerosi fisici eccezionali del nostro tempo: Stephen Hawking, Brian Greene, Max Tegmark, Michio Kaku, Alan Guth, Neil Tyson e altri.

La scienza

L’universo in cui viviamo non è unico. In realtà, lei è solo un'unità di un numero infinito di universi, la cui totalità viene chiamata Multiverso.

L’affermazione che esistiamo nel Multiverso può sembrare una fantasia, ma ci sono delle ragioni dietro. vere e proprie spiegazioni scientifiche. Un numero enorme di teorie fisiche indicano indipendentemente che il Multiverso esiste davvero.

Ti invitiamo a familiarizzare con le teorie scientifiche più famose che confermano il fatto che il nostro Universo è solo una particella del Multiverso.

1) Infinità di universi

Gli scienziati non sono ancora sicuri di quale forma abbia esattamente lo spazio-tempo, ma è molto probabile questo modello fisico ha una forma piatta(al contrario della forma sferica o a ciambella) e si estende indefinitamente. Se lo spaziotempo è infinito, ad un certo punto deve ripetersi. Ciò è dovuto al fatto che le particelle possono essere disposte nello spazio e nel tempo in determinati modi, e il numero di questi modi è limitato.

Quindi, se guardi abbastanza lontano, potresti imbatterti in un'altra versione di te stesso, o meglio, per un'infinità di opzioni. Alcuni di questi gemelli faranno quello che fai tu, mentre altri indosseranno abiti diversi, faranno lavori diversi e faranno scelte diverse nella vita.

La dimensione del nostro universo è difficile da immaginare. Le particelle di luce viaggiano dal centro al bordo in 13,7 miliardi di anni. Esattamente quanti anni fa ebbe luogo il Big Bang. Lo spaziotempo oltre questa distanza può essere considerato un universo separato. Pertanto, esistono più universi uno accanto all'altro, rappresentando una trapunta patchwork infinitamente gigantesca.

2) Universo gigante delle bolle

Nel mondo scientifico esistono altre teorie sullo sviluppo degli universi, inclusa una teoria chiamata Teoria caotica dell'inflazione . Secondo questa teoria, l’universo cominciò ad espandersi rapidamente dopo il Big Bang. Questo processo ricordava gonfiare un palloncino che è pieno di gas.

La teoria caotica dell’inflazione fu proposta per la prima volta dal cosmologo Alexander Videnkin. Questa teoria suggerisce che alcune parti dello spazio si fermano mentre altre continuano ad espandersi consentendo la formazione di "universi-bolla" isolati.

Il nostro universo è solo una piccola bolla nella vasta distesa dello spazio, in cui esistono un numero infinito di bolle simili. In alcuni di questi universi-bolla le leggi della fisica e le costanti fondamentali possono differire dalle nostre. Queste leggi potrebbero sembrarci più che strane.

3) Universi paralleli

Un'altra teoria che deriva dalla teoria delle stringhe è che esiste il concetto di universi paralleli. L’idea dei mondi paralleli nasce dalla possibilità che esistano molte più dimensioni di quanto possiamo immaginare. Secondo le nostre idee, oggi ci sono 3 dimensioni spaziali e 1 temporale.

Fisico Brian Greene da Università della Columbia lo descrive così: “Il nostro universo è un “blocco” di un numero enorme di “blocchi” che fluttuano nello spazio multidimensionale.”

Inoltre, secondo questa teoria, gli universi non sono sempre paralleli e non sono sempre fuori dalla nostra portata. A volte possono incastrarsi l'uno nell'altro, causando ripetuti Big Bang che riportano gli universi alle loro posizioni originali ancora e ancora.

4) Universi figli: un'altra teoria sulla formazione degli universi

La teoria della meccanica quantistica, che si basa sui concetti del minuscolo mondo delle particelle subatomiche, suggerisce un altro modo per formare più universi. La meccanica quartistica descrive il mondo in termini di probabilità, evitando di trarre conclusioni definitive.

I modelli matematici, secondo questa teoria, possono assumere tutti i possibili risultati di una situazione. Ad esempio, a un incrocio dove puoi girare a destra o a sinistra, l'universo attuale forma due universi figli, in uno dei quali puoi andare a destra e nell'altro a sinistra.

5) Universi matematici: l'ipotesi dell'origine dell'universo

Gli scienziati hanno a lungo dibattuto se la matematica sia uno strumento utile per descrivere l'universo o se sia essa stessa una realtà fondamentale le nostre osservazioni sono solo rappresentazioni imperfette della vera natura matematica.

Se quest’ultima ipotesi è vera, forse la particolare struttura matematica che modella il nostro universo non è l’unica opzione. Altre possibili strutture matematiche possono esistere indipendentemente in universi separati.

"Una struttura matematica è qualcosa che puoi descrivere in modo completamente indipendente dalle nostre conoscenze e concetti,- parla Max Tegmark, professore al Massachusetts Institute of Technology, autore di questa ipotesi. – Personalmente credo che da qualche parte esista un universo che può esistere in modo completamente indipendente da me e continuerà ad esistere anche se non ci sono persone al suo interno."

L’universo in cui viviamo potrebbe non essere l’unico.

Anche se questo concetto può sorprendere, dietro c’è una fisica eccezionale. E non esiste un solo modo per verificarlo; numerose teorie fisiche portano indipendentemente a questa conclusione. In effetti, alcuni esperti ritengono che l’esistenza di universi nascosti sia più probabile che no. Ecco cinque delle teorie scientifiche più plausibili che suggeriscono che viviamo in un MegaUniverso.

1. Universi matematici

Gli scienziati discutono se la matematica sia semplicemente uno strumento utile per descrivere l’Universo, o se la matematica stessa sia una realtà fondamentale – e le nostre osservazioni dell’Universo sono solo rappresentazioni imperfette della sua vera natura matematica. Se quest'ultimo è vero, allora forse ci sono invarianti matematici del nostro Universo.

In questi invarianti strutturali si soddisfano le leggi della logica matematica, a volte diverse dalla logica del Mondo a noi familiare.

"Una struttura matematica è qualcosa che può essere descritto in un modo che dipende interamente dalla conoscenza umana", afferma Max Tegmark del Massachusetts Institute of Technology, che ha proposto l'idea. "Credo davvero che questo universo esista, che possa esistere indipendentemente da me e che continuerà ad esistere anche se non ci sono persone."

In altre parole, queste invarianti non dipendono affatto dalla presenza dell'umanità, che cerca di realizzarle.

2. Universi figli

La teoria della meccanica quantistica, che regna nel mondo delle particelle subatomiche, offre un altro modo per far esistere più universi. La meccanica quantistica descrive il mondo in termini di probabilità piuttosto che di determinati risultati. E la matematica di questa teoria suggerisce che tutti i possibili risultati si verificano nei rispettivi universi separati.

Ad esempio, se raggiungi un incrocio dove puoi andare a destra o a sinistra, l'universo reale dà origine a due universi figli: quello in cui vai a sinistra e quello in cui vai a destra, ed è impossibile distinguerli.

3. Universi paralleli

Un’altra idea che emerge dalla teoria delle stringhe è quella degli universi paralleli che semplicemente galleggiano appena oltre la nostra portata. L'idea nasce dalla possibilità dell'esistenza di più dimensioni che nel nostro mondo. Oltre alla nostra realtà tridimensionale dello spazio, altre realtà tridimensionali possono fluttuare nello spazio multidimensionale.

Il fisico Brian Greene della Columbia University lo descrive in questo modo: “Il nostro Universo è solo un “blocco” di un enorme numero di “blocchi” che fluttuano nello spazio multidimensionale”.

Alcune implicazioni di questa teoria suggeriscono che a volte questi universi paralleli non sono sempre paralleli e non sempre fuori portata. A volte possono scontrarsi l'uno con l'altro, provocando il Big Bang, che provoca la creazione di sempre più nuovi universi.

4. Universi di bolle

Nel mondo scientifico esistono altre teorie sullo sviluppo degli universi, inclusa la teoria dell'inflazione caotica.

Questa teoria presuppone che dopo il Big Bang l'Universo si sia espanso come un palloncino gonfiato e parte di esso sia riuscito a prendere forma sotto forma di una "bolla" dell'Universo a noi familiare, che ha reso possibile la formazione delle stelle.

Ma in alcune parti dello spazio-tempo, i processi procedettero diversamente e, di conseguenza, si formarono molti altri universi isolati - sotto forma di "bolle" separate, come bolle di sapone soffiate - di dimensioni diverse, a diversi stadi di sviluppo, con le proprie costanti e leggi fisiche.

Il concetto è stato proposto dal cosmologo Alexander Vilenkin, ora alla Tufts University.

5. Universi infiniti

Gli scienziati considerano più probabile la forma piatta dello spazio-tempo (in contrapposizione a quella sferica o toroidale).

Ma se lo spaziotempo è infinito e va avanti all’infinito, allora a un certo punto deve iniziare a ripetersi, perché esiste un numero finito di modi in cui le particelle possono essere disposte nello spazio e nel tempo.

Quindi, se vai abbastanza lontano, potresti incontrare un'altra versione di te - e in effetti ce ne sono un numero infinito. Alcuni di questi gemelli faranno esattamente quello che stai facendo tu adesso, mentre altri stamattina indosseranno maglioni diversi e potrebbero avere carriere e stili di vita completamente diversi.

Poiché l'Universo osservabile si espande solo 13,7 miliardi di anni dopo il Big Bang (equivalenti a una dimensione di 13,7 miliardi di anni luce), lo spaziotempo oltre questo confine può essere considerato un Universo separato. Pertanto, molti universi esistono uno accanto all'altro come una gigantesca trapunta patchwork di universi.

Quanto spesso pensi a come sarebbe strutturato il nostro mondo oggi se l'esito di alcuni eventi storici chiave fosse stato diverso? Come sarebbe il nostro pianeta se i dinosauri, ad esempio, non si fossero estinti? Ogni nostra azione e decisione diventa automaticamente parte del passato. Non esiste infatti il presente: tutto ciò che facciamo in questo momento non può essere cambiato, è registrato nella memoria dell'Universo. Esiste però una teoria secondo la quale esistono molti universi in cui viviamo una vita completamente diversa: ciascuna delle nostre azioni è associata a una certa scelta e, facendo questa scelta nel nostro Universo, in uno parallelo, “l'altro me” prende la decisione opposta. Quanto è giustificata una simile teoria da un punto di vista scientifico? Perché gli scienziati vi hanno fatto ricorso? Proviamo a capirlo nel nostro articolo.

Concetto dell'Universo a molti mondi

La teoria di un insieme probabile di mondi fu menzionata per la prima volta dal fisico americano Hugh Everett. Ha offerto la sua soluzione a uno dei principali misteri quantistici della fisica. Prima di passare direttamente alla teoria di Hugh Everett, è necessario capire quale sia questo mistero delle particelle quantistiche, che tormenta i fisici di tutto il mondo da decenni.

Immaginiamo un elettrone ordinario. Si scopre che come oggetto quantistico può trovarsi in due posti contemporaneamente. Questa sua proprietà è chiamata sovrapposizione di due stati. Ma la magia non finisce qui. Non appena vogliamo in qualche modo specificare la posizione dell'elettrone, ad esempio, proviamo ad abbatterlo con un altro elettrone, quindi da quantistico diventerà ordinario. Com'è possibile: l'elettrone si trovava sia nel punto A che nel punto B e all'improvviso a un certo momento è saltato su B?

Hugh Everett ha offerto la sua interpretazione di questo mistero quantistico. Secondo la sua teoria dei molti mondi, l’elettrone continua ad esistere in due stati contemporaneamente. Riguarda l'osservatore stesso: ora si trasforma in un oggetto quantistico ed è diviso in due stati. In uno di essi vede un elettrone nel punto A, nell'altro - in B. Esistono due realtà parallele, e in quale di esse si troverà l'osservatore non è noto. La divisione in realtà non si limita alla numero due: la loro ramificazione dipende solo dal variare degli eventi. Tuttavia, tutte queste realtà esistono indipendentemente l’una dall’altra. Noi, come osservatori, ci troviamo in uno, dal quale è impossibile uscire, così come passare a uno parallelo.

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Dal punto di vista di questo concetto, l’esperimento con il gatto più scientifico della storia della fisica, il gatto di Schrödinger, è facilmente spiegabile. Secondo l’interpretazione dei molti mondi della meccanica quantistica, il povero gatto nella camera d’acciaio è sia vivo che morto. Quando apriamo questa camera, è come se ci fondessimo con il gatto e formassimo due stati: vivo e morto, che non si intersecano. Si formano due universi diversi: in uno un osservatore con un gatto morto, nell'altro con uno vivo.

Vale la pena notare immediatamente che il concetto di molti mondi non implica la presenza di molti universi: è uno, semplicemente multistrato, e ogni oggetto in esso contenuto può trovarsi in stati diversi. Un tale concetto non può essere considerato una teoria confermata sperimentalmente. Per ora, questa è solo una descrizione matematica del mistero quantistico.

La teoria di Hugh Everett è supportata dal fisico e professore della Griffith University Howard Wiseman in Australia, dal dottor Michael Hall del Griffith University Center for Quantum Dynamics e dal dottor Dirk-Andre Deckert dell'Università della California. Secondo loro, i mondi paralleli esistono davvero e sono dotati di caratteristiche diverse. Qualsiasi mistero e modello quantistico è una conseguenza della "repulsione" dei mondi vicini l'uno dall'altro. Questi fenomeni quantistici sorgono in modo tale che ogni mondo è diverso dall'altro.

Il concetto di universi paralleli e la teoria delle stringhe

Dalle lezioni scolastiche ricordiamo bene che in fisica esistono due teorie principali: la relatività generale e la teoria quantistica dei campi. Il primo spiega i processi fisici nel macromondo, il secondo nel micro. Se entrambe queste teorie fossero usate sulla stessa scala, si contraddicono a vicenda. Sembra logico che esista una teoria generale applicabile a tutte le distanze e scale. Pertanto, i fisici propongono la teoria delle stringhe.

Il fatto è che su scala molto piccola si verificano certe vibrazioni, simili alle vibrazioni di una normale corda. Queste corde sono cariche di energia. Le “stringhe” non sono stringhe in senso letterale. Questa è un'astrazione che spiega l'interazione delle particelle, delle costanti fisiche e delle loro caratteristiche. Negli anni ’70, quando nacque la teoria, gli scienziati credevano che sarebbe diventata universale per descrivere il nostro intero mondo. Tuttavia, si è scoperto che questa teoria funziona solo nello spazio a 10 dimensioni (e noi viviamo in uno spazio a quattro dimensioni). Le restanti sei dimensioni dello spazio semplicemente collassano. Ma, come si è scoperto, non sono piegati in modo semplice.

Nel 2003, gli scienziati hanno scoperto che possono collassare in un gran numero di modi e ogni nuovo metodo produce il proprio universo con costanti fisiche diverse.

Jason Blackeye/Unsplash.com

Come per il concetto dei molti mondi, la teoria delle stringhe è piuttosto difficile da dimostrare sperimentalmente. Inoltre, l'apparato matematico della teoria è così difficile che per ogni nuova idea bisogna cercare letteralmente da zero una spiegazione matematica.

Ipotesi dell'universo matematico

Il cosmologo e professore al Massachusetts Institute of Technology Max Tegmark ha presentato la sua “teoria del tutto” nel 1998 e l'ha definita l'ipotesi di un universo matematico. A modo suo ha risolto il problema dell'esistenza di un gran numero di leggi fisiche. A suo avviso, ciascun insieme di queste leggi, coerenti dal punto di vista matematico, corrisponde a un universo indipendente. L'universalità della teoria è che può essere utilizzata per spiegare tutta la varietà delle leggi fisiche e dei valori delle costanti fisiche.

Tegmark propose che tutti i mondi, secondo il suo concetto, fossero divisi in quattro gruppi. Il primo comprende mondi situati oltre il nostro orizzonte cosmico, i cosiddetti oggetti extra-metagalattici. Il secondo gruppo comprende mondi con altre costanti fisiche, diverse da quelle del nostro Universo. Il terzo sono i mondi che appaiono come risultato dell'interpretazione delle leggi della meccanica quantistica. Il quarto gruppo è un certo insieme di tutti gli universi in cui compaiono determinate strutture matematiche.

Come osserva il ricercatore, il nostro Universo non è l'unico, poiché lo spazio è illimitato. Il nostro mondo, dove viviamo, è limitato dallo spazio, la cui luce ci ha raggiunto 13,8 miliardi di anni dopo il Big Bang. Saremo in grado di conoscere in modo affidabile altri universi tra almeno un altro miliardo di anni, finché la loro luce non ci raggiungerà.

Stephen Hawking: i buchi neri sono un percorso verso un altro universo

Stephen Hawking è anche un sostenitore della teoria dei molti universi. Uno degli scienziati più famosi del nostro tempo presentò per la prima volta il suo saggio “Buchi neri e universi giovani” nel 1988. Il ricercatore suggerisce che i buchi neri siano un percorso verso mondi alternativi.

Grazie a Stephen Hawking sappiamo che i buchi neri tendono a perdere energia ed evaporare, rilasciando la radiazione di Hawking, che prende il nome dallo stesso ricercatore. Prima che il grande scienziato facesse questa scoperta, la comunità scientifica credeva che tutto ciò che in qualche modo cadeva in un buco nero scomparisse. La teoria di Hawking confuta questa ipotesi. Secondo il fisico, ipoteticamente, qualsiasi cosa, oggetto, oggetto che cade in un buco nero ne vola fuori e finisce in un altro universo. Tuttavia, un viaggio del genere è un movimento di sola andata: non c’è modo di tornare.