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Il nostro Universo potrebbe far parte di un multiverso più grande

E’ stato detto più volte che il nostro Universo potrebbe essere non l’unico ad esistere là fuori ma essere uno dei tanti infiniti universi che compongono quello che viene chiamato il “multiverso”. Nonostante questo concetto possa determinare una certa incredulità, esistono delle motivazioni fisiche che giustificano, per così dire, questa affermazione. Inoltre, dobbiamo dire che non esiste un solo modo per arrivare a questa conclusione perchè altre teorie puntano tutte, e in maniera indipendente, al concetto di multiverso. Molti teorici credono, di fatto, che l’esistenza di altri “universi nascosti” o non visibili è molto più probabile di quanto venga ipotizzato diversamente. Ecco qui di seguito le cinque teorie scientifiche più plausibili che suggeriscono l’esistenza del multiverso.


 Infiniti universi

Illustrazione artistica dello spaziotempo che si estende all’infinito.
Credit: Shutterstock/R.T.Wohlstadter

Gli scienziati non sono sicuri di quale sia la forma dello spaziotempo, anche se con ogni probabilità esso ha una geometria piatta o euclidea, e si estende all’infinito. Ma se il tessuto spaziotemporale si estende indefinitivamente, ci aspettiamo che in qualche punto deve cominciare a replicarsi perché esiste un numero finito di modi con cui le particelle si possono sistemare nello spazio e nel tempo. Dunque, se si guarda abbastanza lontano, in linea teorica dovremmo incontrare un’altra replica di noi stessi o, meglio, infinite repliche di noi stessi. Alcune di queste repliche gemelle faranno esattamente ciò che noi stiamo facendo adesso mentre le altre si comporteranno in maniera completamente diversa. Ora, dato che l’Universo osservabile si estende da quando la radiazione ha cominciato ad apparire e a diffondersi nello spazio circa 13,7 miliardi di anni fa, lo spaziotempo oltre questa distanza può essere considerato come un universo vicino che si è già separato. In questo modo, esisterebbe una moltitudine di universi vicini come una sorta di gigantesco insieme di tasselli (universi) che compongono il puzzle (multiverso).


Universi a bolle  

Illustrazione artistica del concetto di universi-bolla.
Credit: Shutterstock/Victor Habbick

Oltre all’ipotesi degli universi multipli che sono creati dal tessuto dello spaziotempo che si estende in maniera infinita, altri universi potrebbero emergere da quella che viene chiamata la “inflazione eterna”. Il modello dell’inflazione afferma che l’Universo subì una rapida espansione esponenziale subito dopo il Big Bang, aumentando il suo volume di spazio come un palloncino delle feste quando viene gonfiato. L’inflazione eterna, introdotta da Alexander Vilenkin, suggerisce un processo in base al quale in alcune porzioni dello spazio l’inflazione si arresta mentre in altre prosegue e questa situazione dà luogo alla formazione di tanti “universi a bolle” isolati. In questo modo, il nostro Universo, dove l’inflazione si è arrestata permettendo la formazione di stelle e galassie, è come una sorta di piccola bolla cosmica in un immenso oceano di spazio che contiene altri universi-bolla che stanno ancora subendo il processo d’inflazione. In alcuni di questi universi-bolla, le leggi e le costanti della fisica potrebbero essere differenti dalle nostre rendendo così gli altri universi decisamente strani o magari con forme di vita aliena bizzarre.


 Universi paralleli

Illustrazione artistica del concetto di universi-membrana che fluttuano in uno spazio multidimensionale.
Credit: Shutterstock/Sandy MacKenzie

Un’altra idea che emerge dalla teoria delle stringhe si basa sul concetto dei “brana-universi”, cioè universi paralleli che giacciono sulle superfici a 11 dimensioni note come “membrane” o più semplicemente “brane”. Questa teoria è stata introdotta da Paul Steinhardt e Neil Turok come alternativa al modello cosmologico standard al fine di superare il problema della singolarità iniziale del Big Bang. Dunque, secondo la teoria delle stringhe esistono altre dimensioni spaziali nascoste, rispetto alle tre dimensioni spaziali e a quella temporale a cui siamo abituati, che danno luogo a “brane” tridimensionali che fluttuano in uno spazio multidimensionale e dove in ciascuna di esse esiste un determinato universo. Possiamo immaginare che ogni universo-brana sia come una fetta di pane che fluttua in uno spazio multidimensionale assieme a tante altre fette di pane. Queste brane non sono sempre parallele tra loro e perciò, di tanto in tanto, esse collidono causando big bang multipli ognuno dei quali causa la nascita di un nuovo universo.


 Universi figli

Credit: NASA/JPL

La meccanica quantistica, che descrive il mondo degli atomi e delle particelle elementari, suggerisce un altro modo per la formazione degli universi multipli. La teoria descrive il mondo che ci circonda in termini di probabilità e non di certezze perciò le sue equazioni matematiche implicano che tutte le possibili combinazioni di una determinata situazione potranno verificarsi nei rispettivi singoli universi. Ad esempio, se arriviamo ad un incrocio dove possiamo andare a sinistra o a destra, l’Universo in cui viviamo potrebbe dar luogo, secondo la meccanica quantistica, a due “universi-figli”: uno in cui si procede a sinistra e un altro in cui si procede a destra. Inoltre, in ogni universo esiste una nostra copia testimone di ciò che accade dell’una o dell’altra situazione, la quale crede, anche se non correttamente, che la propria realtà sia l’unica che esista.


 Universi matematici

Credit: WGBH Educational Foundation

Gli scienziati hanno a lungo dibattuto sul fatto che la matematica sia semplicemente uno strumento utile per descrivere le leggi fisiche dell’Universo o se essa rappresenti effettivamente la realtà fondamentale per cui le nostre osservazioni dell’Universo siano in definitiva percezioni imperfette della sua vera natura matematica. Se è vero il secondo caso, forse la particolare struttura matematica che sta alla base del nostro Universo non è solamente l’unica opzione e perciò tutte le possibili strutture matematiche possono esistere nei rispettivi singoli universi.


Per maggiori approfondimenti: Enigmi Astrofisici. Dal Big Bang al Multiverso
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Axion Cosmophysics

Axion Cosmophysics – Recently, inspired by the string axiverse idea and related work, string axions including QCD axions are gathering attentions as a new cosmophysical window to the fundamental laws of nature, especially to confirm whether superstring theory is really the ultimate theory of nature. Continua a leggere Axion Cosmophysics

Un solo universo o infiniti universi?

Ricollegandomi al precedente post sul tema degli universi multipli, dove ho discusso il concetto di multiverso, volevo segnalare oggi l’interessante libro di Alex VilenkinUn solo mondo o infiniti? Alla ricerca di altri universi, edito da Cortina Raffaello .

Vilenkin è uno dei cosmologi di fama mondiale. Egli ha scritto una lunga serie di articoli che riguardano il modello dell’espansione inflazionistica che si basano sull’idea secondo cui l’Universo potrebbe contenere alcuni difetti topologici dovuti a transizioni di fase, così come vengono descritte dalla teoria delle particelle  e dalla cosmologia quantistica. Oggi il modello inflazionistico mette in risalto una serie di domande quali: Perché lo stato fisico primordiale era così caldo e denso? Come e perché l’Universo si è espanso? Cosa c’era prima del Big Bang? “Il nostro orizzonte cosmico è di 13,7 miliardi di anni-luce e oltre questo orizzonte ci potrebbero essere, forse, altri universi con leggi fisiche completamente diverse dal nostro“, dice Vilenkin. A differenza dei suoi predecessori, egli promuove il concetto d’inflazione eterna e le sue implicazioni che essa determina per il principio antropico. L’idea di Vilenkin è che l’inflazione abbia avuto un inizio ma rimane eterna, producendo in continuazione universi paralleli come vere e proprie “bolle cosmiche”. “Si ritiene che l’inflazione sia quasi terminata nella nostra regione di Universo mentre invece continua in altre regioni dello spaziotempo dando luongo ad un numero infinito di bolle“, aggiunge Vilenkin. Quasi metà del libro è dedicato alla descrizione del modello cosmologico standard e la sua estensione all’espansione inflazionistica. In molti modelli inflazionistici c’è un argomento associato alle fluttuazioni quantistiche di un campo scalare, l’inflatone, per cui ci saranno sempre regioni dello spaziotempo che sono soggette all’inflazione e altre in cui essa non avviene e, in un sottoinsieme di queste, esisteranno universi che hanno proprietà piuttosto simili al nostro Universo. Dunque, date le assunzioni basi della teoria quantistica dei campi, l’inflazione eterna sembra quel processo più ragionevole rispetto ai tanti modelli inflazionistici proposti anche se non è del tutto assodato. Se l’inflazione eterna ha luogo, allora Vilenkin è convinto che esisteranno infinite configurazioni di universi ognuno dei quali saranno caratterizzate da proprie costanti fisiche della natura. Se tutto questo poi sia vero oppure no dipenderà dal modello, dalla natura stessa del campo inflatone e dai dettagli della teoria quantistica della gravità. A tal proposito, Vilenkin affronta una parte del libro dando una breve descrizione della teoria delle stringhe. Ma a mio parere, non ci dobbiamo dimenticare che la Fisica è una disciplina osservativa, basata sul metodo sperimentale. Oggi non siamo in grado di osservare altri big bang o regioni di spazio soggette ad una eventuale inflazione. Se queste esistono, si troveranno comunque al di fuori del nostro orizzonte osservativo, perciò sarà difficile verificare la loro presenza.

I misteri delle dimensioni spaziali nascoste

In un precedente post, ho spiegato come, secondo Steinhardt e Turok , il nostro Universo si sia originato da uno dei tanti big bang dovuti alle collisioni tra due membrane, o brane, descritte dalla teoria delle stringhe, ipotesi che eliminerebbe dunque il problema della singolarità iniziale. Ma esiste un modo di provare l’esistenza di questi universi paralleli? Se essi esistono davvero, perchè non possiamo vederli o “toccarli”?

Nel suo percorso di ricerca, descritto nel libro che vi presento oggi, Passaggi curvi. I misteri delle dimensioni nascoste dell’Universo, edito da Il SaggiatoreLisa Randall  ha dovuto abbattere, per così dire, alcuni ‘paletti’ della cosmologia e della fisica ufficiale e postulare l’esistenza di dimensioni nascoste, arrotolate, che sfuggono alla nostra percezione. Questa nuova visione dell’Universo potrebbe contribuire a risolvere uno dei grandi misteri della scienza moderna che ha a che fare con la gravità. Infatti, tre secoli fa, Newton formulò la legge di gravitazione universale ispirato, a quanto si dice, dalla visione della caduta di una mela staccatasi dal ramo di un albero. Si pensa che la gravità sia incontrastabile ma in realtà si tratta di una forza alquanto debole. E’ stato trovato che l’elettromagnetismo è molto più forte della gravità che al confronto risulta incredibilmente debole. La debole intensità della forza di gravità ha disorientato gli scienziati per anni ma oggi la teoria delle stringhe, grazie alle sue membrane e dimensioni extra, sembra offrire un nuovo modo di affrontare il problema. Lisa Randall si è domandata come mai la gravità fosse così debole rispetto alle altre tre forze della natura. Forse la gravità ha la stessa potenza della forza elettromagnetica ma per qualche ragione noi non riusciamo a percepire la sua azione. Ma perchè la gravità dovrebbe essere diversa e più debole rispetto alle altre tre forze fondamentali? Secondo la Teoria M il punto chiave del problema sta nella forma geometrica delle stringhe. I teorici ritengono che tutto ciò che ci circonda sia composto da stringhe lineari e che gli estremi di ogni stringa siano ancorati alla nostra membrana tridimensionale. Esistono anche degli anelli chiusi che sono invece responsabili della gravità: essi si chiamano gravitoni. Le stringhe ad anello che formano i gravitoni non hanno estremi che le ancorino di conseguenza essi sono liberi di viaggiare verso altre dimensioni attenuando l’intensità della forza di gravità e facendola sembrare più debole rispetto alle altre tre forze fondamentali. Quindi, questa ipotesi apre una prospettiva affascinante perché se è vero che viviamo su una brana e se esistono universi paralleli su altre membrane accanto alla nostra forse non li vedremo mai, ma potremo un giorno percepirli grazie alla gravità. Muovendo dalle grandi scoperte del Novecento, in questo libro Randall spiega ai non addetti ai lavori la sua concezione dell’Universo come membrana dotata di quattro dimensioni spaziotemporali e immersa in uno spazio multidimensionale, e come questa sia dimostrabile dal punto di vista scientifico. Ma siamo proprio sicuri che l’Universo sia così come lo descrive la teoria delle stringhe? Davvero il mondo è fatto di stringhe, membrane o universi paralleli e dimensioni extra?

L’Universo raccontato dal professor Frè

Sin dagli albori delle antiche civiltà, l’uomo ha sempre rivolto lo sguardo verso il cielo allo scopo di trovare, forse, una relazione che collegasse gli eventi terreni e gli astri attraverso gli dei. Con il solo ausilio dell’occhio nudo, gli antichi edificavano edifici o enormi strutture in pietra per osservare i movimenti del Sole, dei pianeti e delle stelle, e seguire l’alternarsi delle stagioni. Insomma per gli antichi il cielo era una sorta di gigantesco orologio sopra le teste che serviva per studiare e prevedere il movimento delle stelle, spesso legato al destino degli uomini e della storia. Ma dall’epoca in cui Galileo puntò il suo cannocchiale verso il cielo sono passati quattro secoli di osservazioni e di scoperte che ci hanno permesso di comprendere, almeno in gran parte, come funziona l’Universo. Nel libro del professor Pietro Frè che voglio segnalare oggi, Il fascino oscuro dell’inflazione. Alla scoperta della storia dell’Universo, edito da Springer-Verlag, viene raccontata la storia dell’astronomia, partendo dalle idee dell’Universo di Aristotele , che erano limitate ad un mondo statico, eterno e di dimensioni finite, fino alla visione più moderna di un Universo dinamico, immenso ed in espansione accelerata, creato non più da una singolarità iniziale, bensì da una piccolissima fluttuazione quantistica, così come vuole la cosmologia di stringa. Il progresso compiuto nel secolo scorso non ha paragoni rispetto ai secoli precedenti, basti pensare alla formulazione della teoria generale della relatività, che spiega la struttura dell’Universo su grande scala, e alla nascita della meccanica quantistica, l’altro modello matematico che invece ci descrive il mondo degli atomi e delle particelle. La scoperta dell’espansione dell’Universo, assieme alla rivelazione, per caso, della radiazione cosmica di fondo, cioè l’eco della grande esplosione iniziale, costituiscono i due pilastri fondamentali su cui si basa il modello cosmologico standard, o del Big Bang, che, però, presenta delle lacune. Oggi, l’inflazione rappresenta il modello teorico che meglio descrive l’evoluzione dell’Universo subito dopo le primissime fasi iniziali e permette di rivelare i misteri delle leggi fisiche su scale atomiche e in condizioni estreme di temperatura ed energia che sono caratteristiche del mondo delle stringhe e della gravità quantistica .

Perché la teoria delle stringhe?

La necessità di formulare una teoria quantistica della gravità che permetta di descrivere qualsiasi fenomeno fisico, dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande, sembra avere oggi nella cosiddetta teoria delle stringhe la migliore formulazione matematica più adeguata per descrivere l’Universo su tutte le scale. Secondo la teoria delle stringhe, tutte le particelle del modello standard a noi familiari, come gli elettroni, protoni, neutroni, fotoni, etc., possono essere descritte dalle diverse frequenze di vibrazione di una singola stringa. In altre parole, ad ogni frequenza di vibrazione della stringa è associata un tipo di particella del modello standard, analogamente alle note musicali che sono emesse dalle vibrazioni a varie frequenze, ad esempio, di una corda di un violino. La stringa si manifesta a valori altissimi di energia o su scale di distanze estremamente piccole (vedasi Idee sull’Universo).

Dato l’argomento alquanto complesso, mi piace segnalare un sito web (whystringtheory.com) dove coloro che sono interessati a saperne di più, e che sappiano soprattutto un pò di inglese, possono trovare alcune informazioni di base. Il sito, curato da alcuni studenti della Oxford University e fondato dalla Royal Society, è organizzato attraverso una serie di domande, non vuole essere un punto di riferimento della ricerca scientifica attuale ma vuole semplicemente illustrare alcuni concetti fondamentali della teoria delle stringhe.

Come è nato l’Universo?

E’ una delle grandi domande a cui gli scienziati stanno cercando di dare una risposta. Attualmente, il modello cosmologico standard rappresenta il quadro migliore per descrive, con buona approssimazione, le fasi evolutive della storia cosmica. Secondo questo modello possiamo rappresentare la nascita e l’evoluzione dell’Universo in tre atti: 1) una singolarità iniziale che fa emergere l’Universo dal nulla; 2) l’inflazione cosmica che dà forma all’Universo e 3) l’espansione cosmica durante la quale si formano le stelle e le galassie man mano l’Universo si raffredda. Tuttavia, il modello cosmologico standard non è completo in quanto le leggi della fisica vengono meno in prossimità dell’istante iniziale, cioè nel momento del Big Bang: qui, le equazioni della relatività generale divergono e danno valori infiniti della densità e della temperatura. Già, ma allora che cos’è il Big Bang? Nessuno lo sa e il termine stesso contiene una contraddizione poiché non è stato “big”, dato che l’Universo sarebbe emerso da una singolarità, e non c’è stato un “bang”, dato che non c’era un mezzo su cui si sarebbero propagate onde sonore. In realtà, il Big Bang non indica una esplosione “nello” spazio ma “dello” spazio stesso poiché da questo enigmatico evento iniziale si sarebbero originati, oltre lo spazio, anche il tempo, la materia e l’energia (vedasi Idee sull’Universo).

Questa spiegazione sulla nascita dell’Universo non lascia, però, tutti soddisfatti e, se ci ragionate un attimo, diventa difficile accettare una situazione fisica che generi l’Universo dal nulla (vedasi questo post). La domanda successiva potrebbe essere: “che cosa” avrebbe dato il via? Ad oggi nessuno sa rispondere a questa domanda e allora alcuni scienziati stanno provando a cambiare il punto di vista proponendo altri scenari cosmologici in cui viene eliminato il problema della singolarità. I due modelli alternativi, descritti qui di seguito, si basano rispettivamente su argomentazioni che derivano dalla meccanica quantistica e dalla teoria delle stringhe.

Universo pulsante

Nel suo libro edito da Alfred A. Knopf Once before Time: A whole story of the Universe, Martin Bojowald, professore di fisica presso la Penn State University affronta uno dei problemi della fisica di frontiera è cioè quello di risolvere, appunto, la singolarità del Big Bang, un momento significativo della storia dell’Universo dove, però, le leggi della fisica come noi le conosciamo non sono più valide. Ma a questo problema se ne aggiunge un altro dato che il tentativo di unificare la teoria quantistica con la relatività generale porta agli infiniti. Secondo Bojowald, la teoria della gravità quantistica potrebbe eliminare questi problemi e, forse, spiegare qual’era lo stato fisico dell’Universo ancora prima del Big Bang. Per fare un esempio, possiamo paragonare la teoria quantistica della gravità ad un quadro la cui cornice può sembrare definita per alcuni mentre per altri il disegno in essa contenuto deve essere ancora completato. Una estensione della teoria quantistica della gravità è la cosiddetta Loop Quantum Gravity (LQG), elaborata per la prima volta nel 1990 da Carlo Rovelli e Lee Smolin, per spiegare il moto degli atomi in uno spaziotempo quantizzato. Secondo questa teoria, il tempo non si ferma esattamente nel Big Bang ma ci può essere una sorta di “preistoria del tempo”. In altre parole, con la LQG si introduce il concetto di tempo discreto e la teoria prevede l’esistenza di nuove forze di natura repulsiva che contrastano il collasso gravitazionale classico. Insomma, il tempo ha la forma di un reticolo che può assorbire una determinata quantità di energia, ma non di valore infinito, in modo da bloccare il collasso gravitazionale e trasformarlo successivamente in espansione. In questo modo, l’Universo si espande e si contrae ciclicamente senza mai arrivare ad una singolarità.

Universo ciclico

L’altro affascinante modello cosmologico di cui Vi voglio parlare si basa su concetti più esotici che nascono dalla teoria delle stringhe. Nel loro libro Universo senza fine. Oltre il Big Bang, edito da Il Saggiatore , Paul J. Steinhardt  e Neil Turok partono dal fatto che non esiste una teoria o un modello che spieghi “che cosa” abbia causato il Big Bang, anche se le recenti formulazioni matematiche della cosmologia di stringa descrivono la singolarità iniziale come un momento di transizione nella storia dell’Universo. In maniera brillante ed eloquente, Steinhardt e Turok criticano il modello cosmologico standard e presentano una descrizione alternativa assumendo che il Big Bang sia solo un momento di transizione nell’infinita serie di collisioni tra due membrane, o brane, su una delle quali risiede il nostro Universo e sull’altra un universo parallelo. Tutto questo dà luogo ad una sorta di “universo ciclico”. Bisogna dire che i due modelli hanno molto in comune perchè entrambi concordano sul fatto che l’Universo si sia espanso negli ultimi 14 miliardi di anni e anche su come si sono formate le stelle e le galassie. Tuttavia i due modelli vanno in contrasto su ciò che riguarda lo stato fisico dell’Universo prima del Big Bang. Di fatto, il modello cosmologico standard ammette la singolarità come punto di partenza da dove hanno avuto origine lo spazio, il tempo la materia e l’energia. Il modello ciclico ammette ancora il Big Bang che, però, non rappresenta l’inizio dello spazio e del tempo. Secondo Steinhardt e Turok, non c’è stato solamente un “bang” nella storia dell’Universo, ma tanti “big bang” che si ripetono ciclicamente con un tempo scala di 1000 miliardi di anni, ciascuno dei quali è caratterizzato dalla creazione di materia ed energia e dalla successiva formazione di nuove stelle, galassie, pianeti e, forse, della vita stessa. Dunque il nostro Universo sarebbe quello prodotto dall’ultimo ciclo di una collisione avvenuta tra due membrane.

Come facciamo, quindi, a discriminare tra questi scenari cosmologici? Quale modello è quello più vicino alla realtà? In generale, cosa può fare un modello? Ogni teoria sullo spaziotempo deve essere coerente con ciò che siamo in grado di osservare nell’Universo. Di fatto, nessuna osservazione diretta del Big Bang sarà possibile. L’epoca più antica che possiamo osservare risale a circa 400 mila anni dopo la nascita dell’Universo e ci è stata fornita dal satellite WMAP. Prima di questa epoca, l’Universo era troppo caldo e opaco a causa della radiazione emessa, sarebbe un pò come cercare di vedere sotto la superficie del Sole. Uno dei risultati più importanti è che i dati di WMAP sulla radiazione cosmica di fondo indicano che la geometria dell’Universo è piatta su larga scala e ciò supporta il modello di Guth sull’inflazione. Ma la “prova finale” potrebbe arrivare dallo studio di un’altra forma di radiazione fossile, ad esempio dovuta all’emissione e alla propagazione di onde gravitazionali. Se i dati del satellite Planck, che ha un potere esplorativo più elevato rispetto al suo predecessore, riveleranno ‘tracce’ del passaggio di onde gravitazionali, che è uno degli obiettivi scientifici della missione, allora questo rappresenterà un punto a favore della teoria dell’inflazione, già perché il modello degli universi-membrana prevede una debole, se non quasi assente, produzione di onde gravitazionali. Dunque, non ci resta che aspettare i risultati di Planck che dovrebbero essere resi pubblici entro la fine di quest’anno.

La forma dello spazio quantistico secondo Shing-Tung Yau

E’ stato detto più volte che la teoria delle stringhe viene considerata come la miglior teoria per descrivere tutte le leggi della natura, dal microcosmo al macrocosmo. Secondo questa teoria, l’Universo è caratterizzato da 10 dimensioni: quattro sono le dimensioni dello spaziotempo descritte dalla teoria della relatività e le restanti sei, dette anche dimensioni extra, sono arrotolate o attorcigliate in uno spazio multidimensionale le cui forme sono descritte dalle varietà geometriche degli spazi di Calabi-Yau le cui dimensioni sono milioni di milioni di milioni di volte più piccole di un elettrone. Nel 1976 Shing-Tung Yau ha conquistato la Medaglia Fields, una sorta di premio Nobel dei matematici, per aver dimostrato l’esistenza di queste forme complesse che portano il suo nome, spazi invisibili la cui geometria può essere la chiave definitiva per comprendere i segreti più profondi del cosmo. Nel suo libro che mi piace segnalare oggi “La forma dello spazio profondo. La teoria delle stringhe e la geometria delle dimensioni nascoste dell’universo“, edito da Il Saggiatore e scritto insieme al giornalista scientifico Steve Nadis, si ripercorrono le tappe del percorso scientifico che hanno portato Yau alla formulazione di una teoria rivoluzionaria introducendo una nuova geometria dell’Universo. L’ipotesi delle dimensioni extra, che tocca varie discipline quali la fisica, la matematica e la geometria, suggerisce non solo che i nuovi spazi possano essere effettivamente reali, ma che la realtà stessa risulta più affascinante di quanto noi esseri umani possiamo immaginare. Insomma, l’ipotesi delle dimensioni extra della teoria delle stringhe potrebbe essere la chiave per comprendere i segreti più nascosti dell’Universo.

Dalle fluttuazioni quantistiche primordiali verso la ricerca di una ‘nuova’ fisica

L’inflazione, quel brevissimo periodo di tempo in cui secondo la teoria l’Universo si è espanso in maniera esponenziale raggiungendo la sua forma attuale, rimane ancora uno dei grandi enigmi della moderna cosmologia (vedasi anche Enigmi Astrofisici). Durante questo piccolissimo intervallo di tempo, durato meno di una frazione di secondo e in cui le dimensioni dello spazio sono aumentate di un fattore circa 1078, sono avvenute altre cose molto interessanti. Si tratta delle fluttuazioni quantistiche dello spazio vuoto ossia le fluttuazioni di temperatura della radiazione cosmica di fondo che hanno prodotto in seguito le prime strutture che osserviamo oggi come galassie e/o ammassi di galassie. Ma secondo uno studio recente, alcuni teorici ritengono di aver capito il significato di quelle fluttuazioni primordiali, quello che i cosmologi chiamo lo spettro di potenza del periodo inflazionistico, dove è necessario introdurre piccole correzioni in modo da poter verificare sperimentalmente una serie di modelli della gravità quantistica includendo anche la teoria delle stringhe.

ArXiv: Model Independent Signatures of New Physics in the Inflationary Power Spectrum

Il ‘paesaggio cosmico’ di Leonard Susskind

Da quando la teoria delle stringhe è stata considerata come la miglior formulazione matematica candidata per rappresentare la “teoria del tutto”, la fantasia dei fisici non sembra conoscere limiti. Stringhe, brane, dimensioni nascoste, universi multipli sono ormai entrati nel linguaggio della fisica. Uno dei suoi interpreti, per così dire, è Leonard Susskind che verso la fine degli anni ’60 si rese conto che la formula di Euler  , riscoperta inizialmente da Gabriele Veneziano , era in grado di descrivere un particolare tipo di particella avente una struttura interna vibrante, non statica, una specie di stringa o corda simile ad un elastico spezzato.

Nel suo primo libro, Il paesaggio cosmico, edito da Adelphi, Susskind descrive il mondo fisico dalla prospettiva delle stringhe per cui esistono tanti universi differenti, o multiversi , ciascuno governato da proprie leggi fisiche e da valori diversi delle costanti fondamentali  e dove in uno di essi, per caso, esistono le condizioni adatte per ospitare la vita. La teoria, almeno per ora, non riesce a privilegiare un singolo modo che ci porti all’universo da noi osservato. Per risolvere il problema, Susskind propone che il “paesaggio”, formato da questa moltitudine di universi, abbia una reale esistenza. Nel suo libro più recente, La guerra dei buchi neri, sempre dello stesso editore, il cosmo di Susskind diventa ancora più bizzarro. Qui i protagonisti sono i buchi neri  che sono divoratori di ordine e di informazione, oltre che di materia. E’ una sorta di battaglia che Susskind vuole vincere bei confronti di Stephen Hawking. Infatti, negli anni Settanta, lo scienziato inglese mostrò che i buchi neri “evaporano”, emettono cioè radiazione termica, e diventano sempre meno massivi nel corso del processo sino a scomparire. Ma allora uno si può domandare se l’informazione, una volta inghiottita dal buco nero, riemerge oppure no una volta che il buco nero evapora. Hawking affermava che l’informazione andava persa per sempre e su questo non era d’accordo Susskind. Dunque se Hawking aveva ragione, sarebbe stata la fine del determinismo quantistico, cioè la violazione del fondamentale principio secondo il quale anche nell’informazione nulla si crea e nulla si distrugge.

Vedi anche: