Universi paralleli tra ipotesi e prove

Gli universi paralleli sono il nome di un’ipotesi fisica , in cui entra in gioco l’esistenza di diversi universi o realtà relativamente indipendenti. Lo sviluppo della fisica quantistica e la ricerca di una teoria unificata ( teoria quantistica della gravità), insieme allo sviluppo della teoria delle stringhe , hanno suggerito la possibilità dell’esistenza di più universi paralleli che formano un multiverso.La teoria quantistica ci insegna che un elettrone (o qualsiasi altro oggetto) possono essere in una sovrapposizione di stati. Ciò significa, ad esempio, che può essere in due posizioni contemporaneamente; questo fatto deve essere osservato quando si materializza in uno di essi. Per il senso comune questa idea sembra non essere reale ma è un fatto verificato sperimentalmente.Non c’è una prospettiva alternativa (e scientificamente valida) della fisica quantistica. L’ipotesi molti mondi o universi paralleli, che offre una diversa interpretazione di ciò che accade realmente nel processo di osservazione; un’interpretazione ancora più strana e suggestiva.Per capire usiamo due punti separati da una certa distanza, le posizioni A e B. Ricordiamo che qualsiasi oggetto, ad esempio un elettrone, può essere in posizione A o posizione B per il principio di indeterminazione. Il primo stato che chiamiamo ЕA e la seconda ЕB. Ma la fisica quantistica ci dice che l’oggetto può anche essere in una sovrapposizione di stati: ЕA + ЕB .Ciò significa che, in un certo modo, l’elettrone si trova in entrambe le posizioni contemporaneamente. Per l’interpretazione ‘ortodossa’ della fisica quantica, quando una persona guarda l’elettrone ci apparirà in una delle due posizioni A o B , con una probabilità del 50% per ogniuna. Per il fatto di essere osservato, lo stato dell’elettrone cambia da essere  ЕA + ЕB ad essere  ЕA o ЕB , a seconda della posizione in cui si materializza. Questo fenomeno, prodotto dal semplice fatto di osservare, è chiamato “collasso”.Tuttavia, secondo la Teoria dei Molti Mondi, lo stato del sistema non cambia quando osservato, non c’è collasso: il nostro elettrone precedente continua nello stato di sovrapposizione: ЕA + ЕB , anche dopo essere stato osservato. Quindi, sembra che l’osservatore dovrebbe vedere l’elettrone in entrambe le posizioni allo stesso tempo. Perché non succede?In realtà non c’è nulla di contraddittorio al riguardo. Pensiamo che anche il nostro osservatore abbia uno stato, chiamiamolo Еobs .Se consideriamo il sistema formato dall’osservatore e dall’elettrone, il suo stato globale è il prodotto degli stati di entrambi:     Usando una semplice uguaglianza matematica, possiamo esprimere questo stato in questo modo (con la sua ‘traduzione’ grafica):     Vale a dire che osservando, l’osservatore stesso è ora in una sovrapposizione di stati: il suo “Io” o (stato o funzione d’onda) si è diviso in due “rami quantici”.Ogni “Io” osserva cose diverse. In un ramo quantistico, l’osservatore vede la particella nella posizione A. In un altro, la posizione mostrata in B. Naturalmente, anche le storie successive in ciascuno dei rami saranno diverse.

Le due realtà A e B coesistono contemporaneamente

Questa Ipotesi dei molti mondi della fisica può sembrare delirante … ma la rende anche eccitante. Nel corso del tempo, l’interpretazione dei Mondi Molti ha guadagnato sostenitori, e attualmente è considerata una ipotesi (e interpretazione) da non sottovalutare della fisica quantistica, sebbene non sia provata (ed è difficile progettare esperimenti che possano decidere tra essa e quella ortodossa).Pensiamo per un momento alle sue implicazioni affascinanti. Se l’Ipotesi dei Molti Mondi è accettata, l ‘”io” che sentiamo sarebbe solo una delle nostre versioni: l’ “io” di un certo ramo quantico. E in modo permanente continuiamo a creare il dispiegamento del nostro io, dal momento che facciamo continuamente osservazioni di un tipo o dell’altro . I nuovi ‘stati o io’ che vengono creati in ogni momento condividono un passato comune, ma affrontano un futuro diverso. In sostanza, tutte le potenziali possibilità si realizzano in un ramo o in un altro del nostro complicato stato quantico. Per esempio, se scommettiamo su un numero nella roulette di un casinò, la maggior parte degli “stati o io” che vengono creati in quel momento vedranno la scommessa fallire, ma in alcuni rami fortunati il

nostro “io” sarà arricchito.     Questa prospettiva relativizza la nostra stessa esistenza . Il valore delle nostre decisioni è relativizzato, dato che in altri rami le decisioni prese potrebbero essere state altre. E’ un”immagine inquietante, sebbene possa offrire qualche consolazione. Ad esempio, le persone care che abbiamo perso possono continuare a vivere in altri rami quantici. Non possiamo saltare da un ramo all’altro o comunicare con loro; ma può confortare il fatto che “negli altri mondi” le cose sono diverse e forse migliori.

Interpretazione degli universi paralleli 

Una delle versioni scientifiche più curiose che ricorrono agli universi paralleli è “l’interpretazione dei molteplici universi” o “interpretazione dei mondi multipli” (IMM), di Hugh Everett. Questa teoria appare all’interno della meccanica quantisticacome una possibile soluzione al “problema della misurazione” nella meccanica quantistica. Everett ha descritto la sua interpretazione piuttosto come una metateoria . Da un punto di vista logico, la costruzione di Everett sfugge a molti dei problemi associati ad altre interpretazioni più convenzionali della meccanica quantistica. Recentemente, tuttavia, è stato proposto che gli universi adiacenti al nostro potrebbero lasciare un’impronta osservabile sulla radiazione di fondo delle microonde, che aprirebbe la possibilità di testare sperimentalmente questa teoria. Il problema della misurazione è uno dei principali “fronti filosofici” che apre la meccanica quantistica. Sebbene la meccanica quantistica sia stata finora la più accurata teoria fisica, consentendo calcoli teorici relativi a processi naturali che danno 20 decimali corretti e ha fornito un gran numero di applicazioni pratiche (centrali nucleari, orologi ad alta precisione, computer), ci sono alcuni punti difficili nell’interpretazione di alcuni dei suoi risultati e fondamenti (il premio Nobel Richard Feynman ha scherzato sul fatto che “penso che nessuno capisca davvero la meccanica quantistica”).Il “problema di misura” può essere descritto informalmente come segue:

1. Secondo la meccanica quantistica, un sistema fisico – per esempio, un insieme di elettroni che orbitano attorno ad un atomo – è descritto da una funzione d’onda . Questa funzione d’onda è un oggetto matematico che presumibilmente descrive la massima informazione possibile che contiene uno stato puro .
2. Se nessuno esterno al sistema o al suo interno osserva o prova a vedere come è il sistema, la meccanica quantistica ci dirà che lo stato del sistema si evolve in modo deterministico. Cioè, si potrebbe prevedere perfettamente dove andrà il sistema.
3. La funzione d’onda ci dice quali sono i possibili risultati di una misura e le loro probabilità relative, ma non ci dice quale risultato concreto si otterrà quando un osservatore cerca effettivamente di misurare il sistema o di scoprire qualcosa a riguardo. In effetti, la misurazione su un sistema è un valore casuale tra i possibili risultati.

Ciò solleva un problema serio: se le persone, gli scienziati o gli osservatori sono anche oggetti fisici come gli altri, dovrebbe esserci un modo deterministico di prevedere come, dopo aver messo insieme il sistema in studio con il dispositivo di misurazione, si giunga infine a un risultato deterministico. Ma il postulato che una misura distrugge la “coerenza” di uno stato inosservato e, inevitabilmente, dopo la misura rimane in uno stato misto a caso, esso sembra che solo ci lascia tre uscite: (A) O rinunciamo a comprendere il ” processo di decoerenza “, per il quale un sistema passa dall’avere uno stato puro che evolve deterministicamente verso uno stato misto o “incoerente”.(B) O ammettiamo che ci sono oggetti non fisici chiamati “coscienza” che non sono soggetti alle leggi della meccanica quantistica e che risolvono il problema per noi.(C) O prova a proporre una teoria che spiega il processo di misurazione, e non sono così le misurazioni che determinano la teoria.Fisici diversi hanno preso diverse soluzioni a questo “trilemma”:

1. Niels Bohr , che propose un modello iniziale di un atomo che alla fine diede origine alla meccanica quantistica e fu a lungo considerato uno dei difensori dell ‘”interpretazione ortodossa di Copenaghen”, avrebbe favorito (A).
2. John von Neumann , il matematico che ha creato il formalismo matematico della meccanica quantistica e che ha portato grandi idee alla teoria quantistica, era incline a (B).
3. L’interpretazione di Hugh Everett è uno degli approcci che scommettono tipo (C).

La proposta di Everett è che ogni misura “dispiega” il nostro universo in una serie di possibilità (o forse esistono universi paralleli già esistenti e non osservabili reciprocamente e in ognuno di essi c’è una diversa realizzazione dei possibili risultati della misurazione). L’idea e il formalismo di Everett sono perfettamente logici e coerenti, sebbene alcuni punti su come interpretare alcuni aspetti, in particolare su come l’inosservabilità o la coordinazione tra questi universi sia raggiunta in modo che qualcosa di leggermente diverso avvenga in ognuno di essi. Ma per il resto è una spiegazione logicamente coerente e possibile, che inizialmente non ha suscitato molto entusiasmo semplicemente perché non è chiaro che sia una possibilità falsificabile.Il principio della simultaneità dimensionale afferma che due o più oggetti fisici, realtà, percezioni e oggetti non fisici possono coesistere nello stesso spazio-tempo. Questo principio ha una corrispondenza uno-a-uno con la teoria dell’IMM (interpretazione di mondi multipli) e la teoria del multiverso del livello III , sebbene non sia stata sollevata da Hugh Everett, né da Max Tegmark.Rappresentazione della curvatura di una superficie sferica dovuta da una massa la rottura della simmetria sferica introduce una 5 dimensione spaziale caratterizzata dal campo di materiaTuttavia, in un sondaggio condotto da IMM ricercatore L. David Raub scienze politiche, che ha intervistato 72 esperti in cosmologia e la teoria dei quanti, ha dato i seguenti risultati: 

1. Sì, penso che l’IMM (interpretazione di più mondi) sia corretta: 58%
2. Non accetto l’IMM: 18%
3. Forse l’IMM è corretto, ma ancora non mi convince: il 13%
4. Non ho un’opinione a favore o contro: 11%

Tra gli specialisti che hanno favorito (1) c’erano Stephen Hawking , Richard Feynman e Murray Gell-Mann . Tra coloro che hanno optato per (2) c’era Roger Penrose. Sebbene Hawking e Gell-Mann abbiano spiegato la loro posizione. Hawking ha detto in una lettera a Raub che “il nome di” molteplici mondi “è inadeguata, ma la teoria è essenzialmente corretta” (entrambi Hawking come Gell-Mann chiamò l’IMM, ‘interpretazione delle molteplici storie’). Hawking in seguito ha continuato dicendo che “L’IMM [interpretazione dei mondi multipli] è banalmente vera”.D’altra parte, Murray Gell-Man-in una sintesi di un articolo dal fisico americano Bruce DeWitt (che è uno dei principali sostenitori di IMM), che era fondamentalmente d’accordo con Hawking: “A parte la sfortunata uso del linguaggio, Gli sviluppi fisici di Everett sono corretti, anche se in qualche modo incompleti ».Altri fisici di spicco come Steven Weinberg o John A. Wheeler sono inclini a correggere questa interpretazione. Tuttavia, un importante supporto fisico al IMM (molti – interpretazione mondi) riflette solo la direzione che sta prendendo la ricerca e le prospettive attuali, ma di per sé non costituisce alcun argomento scientifico aggiuntivo per la teoria.

Forse ci sono altri universi in altre bolle

Dell’immagine BBC WORLD SERVICE Didascalia immagine Il team ha trovato ciò che potrebbe essere la prova di universi di bolle.

L’idea che altri universi esistano come bolle nello spazio e nel tempo ha ricevuto un impulso. Gli studi sul bagliore a bassa temperatura che è rimasto dopo il Big Bang indicano che molti di questi “universi a bolle” potrebbero aver lasciato un’impronta sulla nostra.

L’idea del multiuniverso o degli universi multipli è popolare nella fisica moderna, ma è difficile trovare prove sperimentali

Il lavoro preliminare, pubblicato su Physical Review D , sarà rinforzato utilizzando le informazioni raccolte dal telescopio Planck.Finora, il team ha esaminato il morbido bagliore “anomalia” o asimmetria che si trova nella figura in alto a sinistra che rappresenta la formazione del nostro universo, con i dati raccolti per sette anni dal WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), che misura molto dettagliatamente la radiazione di fondo a microonde (CMB per il suo acronimo in inglese).

Immagine BBC WORLD SERVICELa teoria afferma che ci sono molti universi che coesistono con i nostri come bolle in un bagno scintillante.

La teoria che invoca questi universi a bolle – il cui nome formale è “inflazione eterna” – presuppone che questi universi esistano e cessino di esistere e si scontrino continuamente – come bolle di sapone – mentre lo spazio che li separa si espande rapidamente.

Ma Hiranya Peiris, una cosmologa all’University College di Londra, e i suoi colleghi hanno dedotto che quando questi universi sono adiacenti al nostro, possono lasciare una impronta caratteristica nella CMB.“Ho sentito parlare del multiverso per anni, ma non l’ho mai preso sul serio perché pensavo che non c’era modo di dimostrarlo”, ha detto Peiris alla BBC. “Sono rimasto stupito dall’idea che sia possibile testare questi universi … è semplicemente fantastico.”

Il team di Peiris ha postulato per la prima volta l’idea di impronte a forma di disco nella CMB in un rapporto pubblicato su Physical Review Letters. Il nuovo lavoro dà corpo all’idea, evidenziando quanti universi di bolle.

Dubbi …

Ciò che i ricercatori hanno fatto è valutare la possibilità che ci siano alcuni effetti osservabili – o segni – che altri universi hanno lasciato nei nostri, a causa di collisioni tra di loro che si sono verificati durante la prima storia del nostro Universo.

Immagine BBC WORLD SERVICEDidascalia delle immagini Le informazioni fornite da Planck aiuterebbero a risolvere il mistero.

Se si fossero verificati tali scontri tra universi avrebbero potuto influire sulla distribuzione della materia in ogni universo interessato.

Quindi un’asimmetria anomala sulla distribuzione di materia potrebbe essere la prova non solo che ciò è accaduto, ma che ci sono universi a bolle.

Fondamentalmente, hanno usato una simulazione che cercava automaticamente queste anomalie, riducendo la possibilità che qualche collaboratore si sbagliasse.Il programma ha individuato quattro aree particolari del nostro universo in cui sembrano esserci tracce di universi a bolle, tale teoria era 10 volte più probabile di spiegare le variazioni che il Team ha rilevato nella CMB rispetto alla teoria standard.Tuttavia, Peiris ha sottolineato che le quattro regioni “non hanno un elevato significato statistico” e che sono necessarie maggiori informazioni per essere certi dell’esistenza del multiverso.“Trovare solo quattro impronte non ti darà necessariamente una buona possibilità nell’intero universo”, ha detto alla BBC. “Non è statisticamente significativo da non affermare né escludere che ci sia stata una collisione”.Peiris ha aggiunto che la nuova generazione di telescopi spaziali progettati per studiare la CMB con molta più sensibilità possono dare più forza all’idea, o confutarla.È possibile una verifica sperimentale dei modelli cosmologici basati sul concetto d’inflazione eterna? In particolare, di quelli che prevedono la formazione di molteplici universi? Alcuni ricercatori sostengono di sì: grazie alla simulazione al computer delle collisioni fra bolle.

Come uscire dalla nostra bolla

George Efstathiou, direttore del Kavli Institute of Cosmology presso l’Università di Cambridge, ha definito il lavoro “il primo serio tentativo di esplorare qualcosa del genere … dal punto di vista della metodologia è molto interessante”.Notò che le teorie sul multiverso erano afflitte da problemi perché si occupavano di così tante quantità intangibili o incommensurabili.“La mia opinione personale è che è necessaria una nuova fisica per risolvere questo problema”, ha detto alla BBC. “Ma il fatto che ci siano profonde difficoltà con una teoria non significa che non si dovrebbe considerarla seriamente.”Peiris, da parte sua, ha avvertito che anche se l’esistenza di questi universi bolla fosse confermata, potremmo non sapere nulla di loro.“Sarebbe meraviglioso uscire dalla nostra bolla, ma non sarà possibile”, ha spiegato.“Nascono vicino – quando si verifica la prima collisione – e la stessa inflazione avviene tra le bolle, vengono separate e lo spazio-tempo si espande più velocemente della luce”.Efstathiou pensa che la ricerca sia intrinsecamente valida. “Sarebbe davvero fantastico mostrare di aver avuto un contatto fisico con un altro universo, è una possibilità molto remota, ma rappresenterebbe qualcosa di molto profondo per la fisica”. Riferimenti

1. Interpretazione di più universi di Hugh Everett.
2. «Forse ci sono altri universi in altre bolle» , articolo dell’8 agosto 2011 sul sito web BBC Mundo (Londra). Estratto l’8 agosto 2011.
3. Galindo, A; e Pascual, P. (1989): Meccanica quantistica (pagine 453-454). Barcellona: Eudema, 1989. ISBN 84-7754-042-1 .
4. Penrose, Roger (2006): Il percorso della realtà . Madrid: dibattito, 2006. ISBN 978-84-8306-681-2 .