È sospettosamente improbabile che il nostro universo esista, a meno che non sia uno dei tanti

È facile immaginare altri universi, governati da leggi della fisica leggermente diverse, in cui non potrebbe sorgere alcuna vita intelligente, né alcun tipo di sistema complesso organizzato. Dovremmo quindi essere sorpresi che esista un universo in cui siamo stati in grado di emergere?

Questa è una domanda a cui i fisici, me compreso, hanno cercato di rispondere per decenni. Ma si sta rivelando difficile. Sebbene possiamo risalire con sicurezza alla storia cosmica fino a un secondo dopo il Big Bang, ciò che è accaduto prima è più difficile da valutare. I nostri acceleratori semplicemente non possono produrre abbastanza energia per replicare le condizioni estreme che hanno prevalso nel primo nanosecondo.

Ma ci aspettiamo che sia in quella prima minuscola frazione di secondo che siano state impresse le caratteristiche chiave del nostro universo.

Le condizioni dell’universo possono essere descritte attraverso le sue “costanti fondamentali” – quantità fisse in natura , come la costante gravitazionale (chiamata G) o la velocità della luce (chiamata C).

Ce ne sono circa 30 che rappresentano le dimensioni e la forza di parametri come le masse delle particelle, le forze o l’espansione dell’universo. Ma le nostre teorie non spiegano quali valori dovrebbero avere queste costanti. Invece, dobbiamo misurarli e inserire i loro valori nelle nostre equazioni per descrivere accuratamente la natura .

I valori delle costanti sono nell’intervallo che consente l’evoluzione di sistemi complessi come stelle, pianeti, carbonio e infine esseri umani. I fisici hanno scoperto che se modificassimo alcuni di questi parametri solo di una piccola percentuale, il nostro universo sarebbe senza vita. Il fatto che la vita esista richiede quindi alcune spiegazioni.

Alcuni sostengono che sia solo una fortunata coincidenza. Una spiegazione alternativa, tuttavia, è che viviamo in un multiverso, contenente domini con diverse leggi fisiche e valori di costanti fondamentali. La maggior parte potrebbe essere del tutto inadatta alla vita. Ma alcuni dovrebbero, statisticamente parlando, essere favorevoli alla vita.

Rivoluzione imminente?

Qual è l’estensione della realtà fisica? Siamo fiduciosi che sia più esteso del dominio che gli astronomi possano mai osservare, anche in linea di principio. Quel dominio è decisamente finito.

Questo essenzialmente perché, come sull’oceano, c’è un orizzonte oltre il quale non possiamo vedere. E proprio come non pensiamo che l’oceano si fermi appena oltre il nostro orizzonte, ci aspettiamo galassie oltre il limite del nostro universo osservabile. Nel nostro universo in accelerazione, anche i nostri remoti discendenti non saranno mai in grado di osservarli.

La maggior parte dei fisici concorderebbe sul fatto che ci sono galassie che non possiamo mai vedere e che queste sono più numerose di quelle che possiamo osservare. Se si estendessero abbastanza, allora tutto ciò che potremmo mai immaginare che accada potrebbe ripetersi ancora e ancora. Ben oltre l’orizzonte, tutti potremmo avere degli avatar.

Questo vasto (e per lo più inosservabile) dominio sarebbe la conseguenza del “nostro” Big Bang – e sarebbe probabilmente governato dalle stesse leggi fisiche che prevalgono nelle parti dell’universo che possiamo osservare. Ma il nostro Big Bang è stato l’unico?

La teoria dell’inflazione, che suggerisce che l’universo primordiale abbia attraversato un periodo in cui è raddoppiato di dimensioni ogni trilionesimo di trilionesimo di trilionesimo di secondo, ha un autentico supporto osservativo. Spiega perché l’universo è così grande e liscio, ad eccezione delle fluttuazioni e delle increspature che sono i “semi” per la formazione delle galassie.

Ma i fisici, tra cui Andrei Linde, hanno dimostrato che, in base ad alcuni presupposti specifici ma plausibili sulla fisica incerta in questa era antica, ci sarebbe una produzione “eterna” di Big Bang, ognuno dei quali darebbe origine a un nuovo universo.

La teoria delle stringhe, che è un tentativo di unificare la gravità con le leggi della microfisica, ipotizza che tutto nell’universo sia costituito da minuscole stringhe vibranti. Ma presuppone che ci siano più dimensioni di quelle che sperimentiamo.

Queste dimensioni extra, suggerisce, sono compattate così strettamente insieme che non le notiamo tutte. E ogni tipo di compattazione potrebbe creare un universo con una microfisica diversa, quindi altri Big Bang, quando si raffreddano, potrebbero essere governati da leggi diverse.

Le “leggi della natura ” possono quindi, in questa prospettiva ancora più grandiosa, essere leggi locali che governano la nostra zona cosmica.

Se la realtà fisica è così, allora c’è una vera motivazione per esplorare universi “controfattuali” – luoghi con gravità diversa, fisica diversa e così via – per esplorare quale gamma o parametri permetterebbero alla complessità di emergere, e che porterebbe a sterili o ” nato morto” cosmo.

Emozionante, questo è in corso, con recenti ricerche che suggeriscono che potresti immaginare universi che sono ancora più amichevoli alla vita del nostro. La maggior parte delle “modifiche” delle costanti fisiche, tuttavia, renderebbe un universo nato morto.

Detto questo, ad alcuni non piace il concetto di multiverso. Temono che renderebbe vana la speranza di una teoria fondamentale per spiegare le costanti come la ricerca numerologica di Keplero per mettere in relazione le orbite planetarie con i solidi platonici nidificati.

Ma le nostre preferenze sono irrilevanti per il modo in cui la realtà fisica è effettivamente – quindi dovremmo sicuramente essere aperti alla possibilità di un’imminente grande rivoluzione cosmologica.

Per prima cosa abbiamo avuto la consapevolezza copernicana che la Terra non era il centro del Sistema Solare, ma ruotava attorno al Sole. Poi ci siamo resi conto che ci sono milioni di sistemi planetari nella nostra galassia e che ci sono miliardi di galassie nel nostro universo osservabile.

Quindi potrebbe essere che il nostro dominio osservabile – anzi il nostro Big Bang – sia una piccola parte di un insieme molto più ampio e possibilmente diversificato?

Fisica o metafisica?

Come facciamo a sapere quanto sia atipico il nostro universo? Per rispondere dobbiamo calcolare le probabilità di ciascuna combinazione di costanti. E questo è un barattolo di vermi che non possiamo ancora aprire: dovrà attendere enormi progressi teorici.

Alla fine non sappiamo se ci sono altri Big Bang. Ma non sono solo metafisica. Potremmo un giorno avere motivi per credere che esistano.

Nello specifico, se avessimo una teoria che descrivesse la fisica nelle condizioni estreme del primo Big Bang – e se quella teoria fosse stata corroborata in altri modi, per esempio derivando alcuni parametri inspiegabili nel modello standard della fisica delle particelle – allora se ha predetto più Big Bang, dovremmo prenderlo sul serio.

I critici a volte sostengono che il multiverso non è scientifico perché non possiamo mai osservare altri universi. Ma non sono d’accordo. Non possiamo osservare l’interno dei buchi neri, ma crediamo a ciò che dice il fisico Roger Penrose su ciò che accade lì: la sua teoria ha guadagnato credibilità concordando con molte cose che possiamo osservare.

Circa 15 anni fa, ero a un panel a Stanford dove ci è stato chiesto quanto seriamente prendessimo il concetto di multiverso – sulla scala “ci scommetteresti il ​​​​tuo pesce rosso, il tuo cane o la tua vita” su di esso.

Ho detto che ero quasi al livello del cane. Linde ha detto che avrebbe quasi scommesso la sua vita. Più tardi, quando gli fu detto questo, il fisico Steven Weinberg disse che avrebbe “scommesso felicemente con il cane di Martin Rees e la vita di Andrei Linde”.

Purtroppo, sospetto che Linde, il mio cane e io moriremo tutti prima di avere una risposta.

In effetti, non possiamo nemmeno essere sicuri di capire la risposta, proprio come la teoria quantistica è troppo difficile per le scimmie. È concepibile che l’intelligenza artificiale possa esplorare le complessità geometriche di alcune teorie delle stringhe e vomitare, ad esempio, alcune caratteristiche generiche del modello standard. Avremmo quindi fiducia nella teoria e prenderemmo sul serio le sue altre previsioni.

Ma non avremmo mai il momento di intuizione “aha” che è la più grande soddisfazione per un teorico. La realtà fisica al suo livello più profondo potrebbe essere così profonda che la sua delucidazione dovrebbe attendere specie postumane – deprimente o esilarante che possa essere, a seconda dei gusti. Ma non è un motivo per liquidare il multiverso come non scientifico.

Martin Rees, professore emerito di cosmologia e astrofisica, Università di Cambridge

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.

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