Per decenni, vari fisici hanno teorizzato che anche il minimo cambiamento nelle leggi fondamentali della natura renderebbe impossibile l'esistenza della vita. Questa idea, nota anche come argomentazione dell'"universo perfezionato", suggerisce che il verificarsi della vita nell'universo è molto sensibile ai valori di una certa fisica fondamentale. Alterare uno qualsiasi di questi valori (secondo la logica) e la vita non esisterebbe, il che significa che dobbiamo essere molto fortunati ad essere qui.

Ma può davvero essere così, o è possibile che la vita possa emergere sotto diverse costanti fisiche, e noi semplicemente non lo sappiamo? Questa domanda è stata recentemente affrontata da Luke A. Barnes, ricercatore post-dottorato presso il Sidney Institute for Astronomy (SIA) in Australia. Nel suo libro "A Fortunate Universe:Life in a Finely Tuned Cosmos", lui e il professore di astrofisica di Sydney Geraint F. Lewis hanno affermato che un universo perfezionato ha senso dal punto di vista della fisica.

Gli autori hanno anche riassunto queste argomentazioni in un contributo su invito, apparso nel Routledge Companion to Philosophy of Physics (1a ed.). In questo articolo, intitolato "The Fine-Tuning of the Universe for Life", Barnes spiega come "fine-tuning of the Universe for Life", tuning" consiste nello spiegare le osservazioni utilizzando un "presupposto sospettosamente preciso". Questo, sostiene, è stato sintomatico di teorie incomplete nel corso della storia ed è una caratteristica comune della cosmologia moderna e della fisica delle particelle.

Per alcuni aspetti, questa idea è simile al principio antropico, che afferma che qualsiasi tentativo di spiegare le proprietà dell'universo non può ignorare la nostra esistenza come forme di vita. Ciò è in netto contrasto con il principio cosmologico, noto anche come principio copernicano, dal nome di Nicolaus Copernicus, che ha formulato il modello eliocentrico dell'universo, che afferma che non c'è nulla di unico o speciale negli esseri umani o nel nostro posto nell'universo.

In un precedente articolo, Barnes e Lewis hanno affermato che, lungi dall'essere un caso di arroganza o di "religione sotto mentite spoglie", il principio antropico è una parte necessaria della scienza. Nell'affrontare la coincidenza tra l'esistenza dell'umanità e un universo abbastanza vecchio e governato dalla fisica che favorisce l'emergere della vita intelligente (cioè noi), hanno derivato una semplice massima:"Ogni resoconto della coincidenza deve considerare come l'universo crea gli esseri che sono in grado di misurarlo."

Ma come ha spiegato Barnes a Universe Today via e-mail, ci sono alcune differenze significative tra il principio antropico e l'universo perfezionato:

"Capisco la relazione tra fine-tuning e principio antropico come segue. Fine-tuning si riferisce al fatto che piccoli cambiamenti alle costanti della natura avrebbero portato a un universo incapace di sostenere la vita. Il principio antropico dice che se la vita fisica -le forme esistono, devono osservare di trovarsi in un universo capace di sostenerne l'esistenza."

Detto in altro modo, Barnes afferma che il principio antropico è un'affermazione non falsificabile (aka una tautologia) che risulta dall'"effetto di selezione" della nostra stessa esistenza. Dal momento che non abbiamo una popolazione di vita intelligente e civiltà tra cui scegliere, il principio stesso non può essere falsificato. Nel frattempo, afferma Barnes, l'argomento della messa a punto è un "fatto sorprendente sulle leggi della natura come le conosciamo".

L'argomento messo a punto sull'universo risale agli anni '70, quando la fisica iniziò a notare che piccoli cambiamenti nelle costanti fondamentali della natura, o nelle condizioni iniziali dell'universo, escluderebbero la vita come la conosciamo. Se il cosmo e le stesse leggi della fisica si fossero evoluti diversamente, la stabilità richiesta per l'esistenza delle creature viventi (in tutta la loro complessità) non sarebbe possibile.

Ma come osserva Barnes nel suo riassunto, questa logica è in contrasto con lo stesso vecchio problema. Come il modello geocentrico dell'antichità, contiene presupposti sospettosamente precisi, che procede ad affrontare uno per uno. Il primo ha a che fare con la costante cosmologica (CC), un'idea proposta da Einstein nel 1917 come aggiunta temporanea alle sue equazioni di campo per la relatività generale. Denotato dal personaggio Lambda, il CC era una forza che avrebbe "controbilanciato la gravità" e quindi garantire che l'universo rimanesse statico (una visione popolare all'epoca).

Mentre Einstein ha abbandonato il CC alcuni anni dopo, quando ha appreso che gli astronomi avevano dimostrato che l'universo si sta espandendo, l'idea è stata reinterpretata dagli anni '90. Con la consapevolezza che l'espansione cosmica sta accelerando, i fisici hanno iniziato a postulare che il CC di Einstein potrebbe essere la misteriosa forza nota come "energia oscura" (DE). Ciò ha portato alla teoria cosmologica ampiamente accettata nota come modello lambda della materia oscura fredda (LCDM).

Tuttavia, il CC rappresenta anche uno dei problemi teorici più significativi nella fisica moderna. Come la materia oscura, l'esistenza di DE o di un CC reinventato è stata proposta per spiegare la differenza tra osservazioni e previsioni teoriche. Come gli "epicicli" di Tolomeo che sono stati utilizzati per razionalizzare le osservazioni che non erano conformi al modello geocentrico, il CC è un presupposto che è "sospettosamente preciso".

Inoltre, ci sono le incongruenze che CC ha con la teoria quantistica dei campi (QFT), che descrive le particelle come configurazioni di un campo. Secondo QFT, una particolare configurazione nota come "stato di vuoto" esisterà ancora in assenza di particelle. Ma se si devono credere alle teorie su CC e DE, ciò significherebbe che c'è una notevole quantità di energia nello stato di vuoto.

L'unico modo per spiegare questo in termini accettabili per QFT e Relatività Generale è presumere che i contributi dell'energia del vuoto e dei campi quantistici si annullino a vicenda. Ancora una volta, ciò richiede una coincidenza "sospettosamente precisa" tra diversi fattori indipendenti. In un altro filone, il modello standard della fisica delle particelle ci dice che la materia consiste di 25 diversi tipi di particelle subatomiche divise in quattro gruppi (quark, leptoni, bosoni di gauge e bosoni scalari).

L'esistenza di queste particelle e le loro rispettive proprietà (massa, carica e spin) sono state tutte verificate attraverso una rigorosa sperimentazione. La minima deviazione da una qualsiasi di queste proprietà influenzerebbe in modo significativo il modo in cui interagiscono e si comportano, portando alla completa instabilità della materia. Più o meno lo stesso vale per la dimensionalità dello spaziotempo, dove sono necessarie tre dimensioni dello spazio (come postulato da Newton) per atomi stabili e orbite planetarie stabili.

È essenziale anche un universo con tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale (come descritto dalla relatività generale). Non più, dice Barnes, e i sistemi atomici non potevano rimanere stabili. In altre parole, mentre il CC può sollevare problemi teorici, il Modello Standard e la dimensionalità dello spazio-tempo sono coerenti con il modello messo a punto. Come dice Barnes:

"La costante cosmologica non è spiegata nelle nostre equazioni ed è coerente con un universo che permette la vita solo in un intervallo molto piccolo. Il suo valore è un presupposto immotivato e preciso, nella costante dei modelli standard della fisica delle particelle e della cosmologia. Molti dei le altre costanti del modello standard sono le stesse."

La domanda, quindi, è come si risolvono questi problemi nei nostri modelli convenzionali? Cos'altro potrebbe spiegare il fatto che il nostro universo permette la vita mentre variazioni del più piccolo tipo lo renderebbero impossibile? Per questo, Barnes e Lewis suggeriscono che il Multiverso potrebbe venire in soccorso. "Forse il multiverso:il nostro universo permette la vita per caso, e ci sono molti altri universi variegati là fuori", ha detto.

Ma nel frattempo, c'è ancora la possibilità che eventuali incongruenze o incongruenze indichino quale sia la verità. Come Copernico, che si rese conto che i movimenti dei pianeti (che richiedevano epicicli ed equanti per avere un senso) erano in realtà un'indicazione che il modello era sbagliato, la messa a punto potrebbe essere un'indicazione di fisica oltre il modello standard o che il modello stesso ha bisogno revisione.

"Penso che la messa a punto in generale sia un indizio per una spiegazione più profonda. Piccole probabilità potrebbero essere solo piccole probabilità o potrebbero essere generate da alcune ipotesi errate", ha aggiunto Barnes. "La cosa interessante della messa a punto delle costanti fondamentali è che al momento sono all'ultimo piano delle spiegazioni scientifiche. Sono profonde quanto la fisica (almeno, mentre è supportata da prove.)"

Barnes e Lewis sono anche responsabili di "The Cosmic Revolutionary's Handbook:(Or:How to Beat the Big Bang)", che descrive ulteriormente le loro teorie sulla cosmologia e sul modello perfezionato (pubblicato nel 2019).