Forse, solo forse il multiverso non è poi così complicato, dice l'ultimo articolo di Stephen Hawking, e il suo coautore Thomas Hertog. Mark Garlick/Libreria di foto scientifiche/Getty Images Giorni prima della sua morte, il 14 marzo, il famoso fisico teorico e cosmologo Stephen Hawking ha completato quello che sarebbe stato il suo documento di ricerca finale. Inizialmente reso disponibile tramite il servizio di prestampa arXiv, ha superato la revisione tra pari ed è stato pubblicato online sul Journal of High Energy Physics il 27 aprile.
Scritto con il coautore Thomas Hertog, un fisico teorico presso l'Università di Lovanio, Belgio, il documento aggiunge un altro aspetto alla comprensione dell'universo in cui viviamo. Inutile dire che è complicato. Intitolato "Un'uscita graduale dall'inflazione eterna?" la pubblicazione discute un problema enigmatico che i cosmologi devono affrontare.
Ma prima di addentrarci nel nocciolo dello studio, torniamo a quando il nostro universo era un bambino, circa 13,8 miliardi di anni fa.
Molte prove suggeriscono che il nostro universo abbia avuto origine da una singolarità, un punto infinitamente denso dove è nato tutto l'universo come lo conosciamo. Chiamiamo quell'evento il Big Bang. Ma come è nata la singolarità e perché è successo il Big Bang non è preoccupante in questo momento. Siamo interessati a quello che è successo subito dopo che il nostro universo è stato generato, un periodo noto come "inflazione".
I cosmologi prevedono che l'inflazione si sia verificata in un periodo estremamente piccolo subito dopo il Big Bang, o durante i primi 10 anni del nostro universo. -32 secondi! Durante l'inflazione, l'universo si è espanso in modo esponenziale e molto più veloce della velocità della luce. Dopo solo un secondo, l'energia di questa esplosione inconcepibilmente gigantesca si è condensata per formare le particelle subatomiche che, in milioni di anni, ha creato le stelle, galassie, pianeti e (dopo 3,8 miliardi di anni) la vita. Una volta terminato questo periodo inflazionistico, il tasso di espansione dell'universo è rallentato, ma continua ad espandersi fino ad oggi.
Poiché l'inflazione ha alimentato un'espansione più veloce della luce, l'"universo osservabile" che vediamo oggi non è il intero universo. Piuttosto, esistiamo solo all'interno di una regione del cosmo che la luce ha avuto il tempo di raggiungere. È come far cadere un sassolino in una tranquilla piscina. La prima ondulazione circolare che si propaga dallo splash viaggia a una velocità fissa attraverso la superficie della piscina. Se immaginiamo che il limite del nostro universo osservabile sia quell'increspatura - che attraversa la pozza alla velocità della luce - non è che non esista nulla oltre quell'increspatura (c'è molta più pozza, o universo, oltre a ciò), non possiamo ancora vederlo.
Così, la conseguenza dell'inflazione è che dovrebbe esserci MOLTO più universo oltre a quello che possiamo vedere con i nostri telescopi più potenti.
Questo cavolfiore esemplifica un frattale nel mondo naturale. È possibile che il multiverso assomigli a un frattale, pure. Fuhito Kanayama/The Image Bank/Getty Images I cosmologi sono da tempo alle prese con la possibilità che il nostro universo non sia il soltanto universo. Infatti, potremmo essere nient'altro che una singola bolla in un infinito, oceano schiumoso, un concetto noto come "multiverso". Vedi, l'inflazione non è avvenuta una volta; è sempre accade attraverso una reazione a catena infinitamente vasta nota come "inflazione eterna". Apparirà un universo, l'inflazione prenderà il sopravvento, espandendo quell'universo, e quell'universo avrà le sue instabilità quantiche che genereranno più singolarità che andranno a creare più universi. È come far esplodere un palloncino da festa che a sua volta genera molti altri palloncini da festa che eruttano dalla sua superficie di gomma apparentemente a caso. Questa situazione sembra caotica, e questo è. I sostenitori di questa ipotesi pensano che l'inflazione eterna sia inarrestabile, enormemente complessi e che generano continuamente nuovi universi. La matematica di questa situazione suggerisce che il multiverso si comporta come un frattale.
Vale la pena notare che ogni universo successivo nel multiverso probabilmente non condivide la stessa fisica di Nostro universo. Un universo potrebbe non avere gravità. Un altro potrebbe non supportare le forze che tengono insieme la materia. Ci sono molti universi nati morti che non contano molto. Noi umani siamo semplicemente fortunati ad avere un universo che ha l'ambiente giusto per creare ciò che vediamo, un argomento filosofico noto come principio antropico.
Il problema con l'inflazione eterna è che è disordinato e infinito, e l'ipotesi è in definitiva, non verificabile. Che senso ha avere un meraviglioso modello matematico per l'universo (o gli universi) se non riusciamo almeno a trovare qualche prova osservativa che supporti l'ipotesi del multiverso?
Così, cosa ha a che fare la ricerca di Hawking e Hertog con questo inesorabile multiverso?
Nel multiverso, il nostro universo è solo un universo tascabile dove l'inflazione è finita, e, nonostante le probabilità, ha trovato la calma per creare una quantità di stelle e galassie e un gruppo di umani che vivono su qualche roccia casuale meditando sul cosmo. Quello che sta succedendo oltre la nostra tasca di calma è, però, alquanto diverso.
"La solita teoria dell'inflazione eterna prevede che globalmente il nostro universo sia come un frattale infinito, con un mosaico di diversi universi tascabili, separati da un oceano che si gonfia, "ha detto Hawking in un'intervista l'anno scorso. "Le leggi locali della fisica e della chimica possono differire da un universo tascabile all'altro, che insieme formerebbero un multiverso. Ma non sono mai stato un fan del multiverso. Se la scala dei diversi universi nel multiverso è grande o infinita, la teoria non può essere verificata".
Il problema, secondo Hawking e Hertog, sta nell'incompatibilità tra la relatività generale di Einstein (che governa l'evoluzione dell'universo) e la meccanica quantistica (che semina la creazione di nuovi universi attraverso le fluttuazioni quantistiche). Il modello dell'inflazione eterna del multiverso "cancella la separazione tra fisica classica e fisica quantistica, "Hertog ha detto nel comunicato stampa di accompagnamento. "Di conseguenza, La teoria di Einstein crolla nell'inflazione eterna."
Il loro studio non arriva al punto di conciliare la relatività generale con la fisica quantistica (una ricerca che ha, finora, senza successo), ma usano la matematica della teoria delle stringhe per aiutare a semplificare il modello multiverso. Riepilogo rapido:la teoria delle stringhe prevede che tutte le particelle subatomiche nel nostro universo siano in realtà composte da stringhe unidimensionali che si propagano nello spazio. Lo stato vibrazionale di queste stringhe è ciò che conferisce a queste particelle il loro stato quantistico (come carica, spin e massa). Ma la teoria delle stringhe prevede anche l'esistenza dell'ipotetico gravitone, una particella quantistica che trasporta la forza di gravità. La teoria delle stringhe fornirebbe quindi una spiegazione di come la relatività generale (gravità) di Einstein combacia con la fisica quantistica.
Utilizzando il quadro matematico della teoria delle stringhe, questo studio semplifica il multiverso. Hawking e Hertog hanno usato il concetto di olografia della teoria delle stringhe per ridurre il nostro universo tridimensionale a una "superficie" bidimensionale. " da cui si proietta l'universo che conosciamo e amiamo. In questo modo, erano in grado di descrivere l'inflazione eterna senza relatività generale, creando uno "stato senza tempo".
"Quando tracciamo l'evoluzione del nostro universo a ritroso nel tempo, ad un certo punto arriviamo alla soglia dell'inflazione eterna, dove la nostra nozione familiare di tempo cessa di avere significato, ", ha dichiarato Hertog in una nota.
La matematica è complessa, ma il risultato è interessante. I calcoli hanno l'effetto di trasformare il multiverso infinito e frattale in una situazione molto più semplice (e finita) di quanto previsto dall'inflazione eterna.
"Non siamo ridotti a un singolo, universo unico, ma i nostri risultati implicano una significativa riduzione del multiverso, a una gamma molto più piccola di possibili universi, ", ha detto Hawking.
Per metterlo in prospettiva, L'ultimo articolo di Hawking non rivoluziona la nostra comprensione di come l'universo (e, infatti, il multiverso) funziona, ma è una preziosa aggiunta a un vasto campo di lavoro teorico. Nello specifico, Hertog spera che questo studio possa aiutarci a cercare antiche onde gravitazionali generate dall'inflazione eterna. Queste increspature nello spaziotempo sono troppo deboli per essere rilevate dagli attuali rilevatori di onde gravitazionali, però. Dovremmo aspettare fino al lancio di osservatori spaziali avanzati, come la missione LISA dell'Agenzia spaziale europea pianificata.
Una rappresentazione artistica del LISA Pathfinder dell'ESA, che sarà incaricato di rilevare le onde gravitazionali dallo spazio ESA/C. Carreau Indipendentemente dal fatto che questo studio porti a scoperte rivoluzionarie sul cosmo in cui viviamo, è una testimonianza di un grande scienziato che ha lavorato instancabilmente per tutta la sua vita per rispondere ad alcune delle più grandi domande su cui l'umanità ha riflettuto. E sulle spalle di Hawking, altre grandi menti si baseranno su questo lavoro per decifrare, si spera, se il nostro universo è unico o se è una bolla che galleggia caoticamente nell'oceano del multiverso.
Ora è interessanteIl ventisettenne studente laureato della Princeton University di nome Hugh Everett III che ha fatto un brainstorming sul concetto di multiverso inizialmente ha avuto problemi a far pubblicare la sua stravagante idea.
