venerdì 13 aprile 2012

E’ possibile che l’universo sia stato programmato per ospitare la vita?

Sara’ capitato a molti di voi di alzare lo sguardo al cielo in una notte buia e rendersi conto dell’immensita’ dell’universo, della sua bellezza e regolarita’. Tutto sembra funzionare alla  perfezione. Le leggi della fisica e i valori delle cosiddette costanti fisiche (come per es. la costante universale gravitazionale che regola l’attrazione tra due corpi massicci) sembrano essere quelle giuste affinche’ l’universo sia quello che e’. Se anche una delle proprieta’ fisiche fosse stata differente, le stelle, i pianeti e le galassie non si sarebbero mai formate. E la vita sarebbe stata impossibile.
Consideriamo per esempio il neutrone (la particella neutra presente nel nucleo degli atomi); esso e’ 1.00137841870 volte piu’ pesante del protone (l’altra particella presente nel nucleo con carica positiva) e questo fa si che il neutrone possa decadere in un protone, elettrone e neutrino (radiazione beta), un processo che ai tempi del Big Bang determino’ l’abbondanza di idrogeno ed elio e che fece si che il nostro universo fosse dominato dall’idrogeno. Se il rapporto delle masse del neutrone e del protone fosse stato leggermente diverso, noi vivremmo in un universo molto differente: uno per esempio in cui le stelle consumano velocemente il loro combustibile nucleare oppure uno in cui i protoni decadono in neutroni lasciando l’universo senza atomi. Universi che non hanno la possibilita’ di far evolvere la vita.
Voglio fare qui una breve divagazione nella fisica del chaos. Sicuramente molti di voi conosceranno l’effetto farfalla: un semplice battito d’ali in Brasile puo’ generare un tornado a New York. Questo perche’ il sistema dell’atmosfera terrestre e’ un sistema complesso con una dipendenza sensibile dalle condizioni iniziali. Qualche variazione inizialmente molto piccola puo’ essere amplificata nel tempo e diventare una variazione grandissima. Questo e’ tipico dei sistemi complessi che si trovano all’edge del chaos cioe’ in bilico tra un ordine perfetto e il disordine totale. Pensate alle transizioni di fase che portano un oggetto da solido a liquido e quindi in fase gassosa. La fase liquida puo’ essere considerata quella in bilico tra l’ordine perfetto dei reticoli cristallini dei solidi e il disordine totale delle molecole dei gas. Visto che il nostro universo ha una dipedenza sensibile dai valori delle costanti fisiche fondamentali sembra suggerire che esso possa essere considerato come un sistema complesso ai confini del chaos. E questo potrebbe spiegare perche’ in esso si e’ evoluta la vita. Sono in tanti gli scienziati che credono che solo nei sistemi all’edge del chaos si possa generare la vita in quanto non sono ne’ troppo ordinati da non potersi adattare alle condizioni esterne ne’ troppo disordinati da non riuscire ad imparare.
Esempi di valori di costanti fisiche regolate opportunamente per giustificare l’universo che oggi vediamo ce ne sono tanti. Se per esempio raddoppiassimo la carica di un elettrone, o cambiassimo di poco l’intensita’ della forza gravitazionale o della forza nucleare l’universo apparirebbe molto ma molto diverso.
La grande sfida per i fisici e’ di spiegare perche’ questi parametri hanno il valore che hanno e non un altro.         
E non solo. Un’ altra sfida e’ quella dell’energia oscura, l’energia che sta accelerando il nostro universo e di cui non conosciamo quasi nulla. Tutti i tentativi fatti dai fisici per determinare il valore aspettato di questa energia porta ad un valore 10^120 volte piu’ grande di quello aspettato.
Secondo il fisico Susskind dell’Universita’ di Stanford il grande mistero non e’ tanto spiegare perche’ esiste l’energia oscura quanto perche’ ce n’e’ cosi poca. Un valore leggermente piu’ alto avrebbe fatto espandere lo spazio-tempo cosi velocemente che le galassie non si sarebbero potute formare. 
Ci sono due possibili spiegazioni per un cosi’ perfetto “aggiustamento” delle costanti fisiche. Una e’ quella di far intervenire un Dio che ha programmato il tutto e l’altra che esista un grande numero di universi se non addirittura infiniti di cui il nostro e’ uno di essi

Questo insieme di universi e’ quello che i fisici chiamano il multiverso. In un multiverso le leggi fisiche e le costanti fondamentali sono diverse in ognuno dei suoi universi. Quindi il nostro non e’ particolare. Semplicemente ha avuto la fortuna di avere i valori giusti per far evolvere la vita. In altri universi meno fortunati questo purtroppo non e’ avvenuto. Questo e’ il cosiddetto principio antropico.  Non tutti i fisici pero’ condividono questa prospettiva. Lawrence Krauss dell’universita’ dell’Arizona, autore del libro “A Universe from nothing” vorrebbe capire perche’ l’universo e’ quello che e’ senza ricorrere alla casualita’ del multiverso.
Tuttavia l’idea del multiverso oggi sta prendendo sempre piu’ piede specialmente perche’ esso viene predetto da una teoria che e’ stata sviluppata per risolvere la questione della “piattezza” del nostro universo.



 
Tutte le misure effttuate fino ad ora hanno mostrato che il nostro spazio-tempo e’ piatto, cioe’ in esso vale la geometria Euclidea. Per esempio per un qualsiasi triangolo la somma degli angoli interni e’ sempre 180 gradi. Se lo spazio-tempo fosse stato curvato, invece questo non sarebbe stato vero. La “piattezza” del nostro spazio-tempo e’ stata confermata dalle misure accurate della radiazione cosmica di fondo, la luce che circa 380.000 anni dopo il Big Bang emerse dal nostro universo che fino a quel tempo era stato opaco assorbendo in continuazione i fotoni emessi all’atto del grande scoppio iniziale. 
Se l’universo e’ piatto questo implica che il parametro Omega, legato alla curvatura dello spazio-tempo e’ molto vicino al valore 1. E per avere oggi un universo con un valore Omega vicino a uno significa che un secondo dopo il Big Bang esso doveva avere un valore esattamente uguale a 1 con una precisione di decine di cifre decimali. Cosa ha fatto si che questo valore fosse esattamente uno e non un valore leggermente diverso?
La risposta e’ venuta nel 1979 dal fisico Alan Guth. Egli mostro’ che nei primi istanti dopo il Big Bang, l’universo subi’ un periodo di espansione esponenziale. Questa improvvisa espansione, che Guth chiamo’ inflazione rese il nostro universo osservabile piatto indipendentemente dal valore del parametro Omega prima dell’inflazione.
Alcuni fisici credono che l’inflazione continui ancora oggi in posti diversi e lontani dell’Universo, generando uno dopo l’altro nuovi universi ognuno con diverse proprieta’ fisiche. Questo e’ quello che viene chiamata l’eterna inflazione. Ogni universo e’ solo una piccola frazione di un universo piu’ grande che a sua volta e’ solo uno di un numero di altri infiniti universi. Ognuno di questi universi e’ il prodotto del suo proprio big bang. Questo multiverso puo’ essere rappresentato come un insieme di bolle. Ogni bolla rappresenta un universo infinito, e ci sono un infinita’ di bolle, cioe’ di universi.  


E’ possibile provare una tale ipotesi? Sembrerebbe di si. Se esistono infiniti universi allora e’ possibile che ci siano state nel passato delle collisioni tra essi lasciando un’impronta nella radiazione cosmica di fondo: dei cerchi concentrici in cui la temperatura dovrebbe essere leggermente diversa dalle zone circostanti.

L’analisi dei dati del satellite WMAP non ha evidenziato con certezza nessuna regione con questa forma anche se alcuni studiosi tra cui Stephen Feeney dell’University College London dicono di aver trovato qualche possibile prova di questi pattern circolari nella radiazione cosmica di fondo (vedi immagine sopra).
Qualche cosa di analogo sembra essere stato individuato anche da Roger Penrose e V. Gurzadyan come emerge da un loro lavoro pubblicato sul web.  Secondo la loro teoria questi dischi concentrici sono il segno di un universo ciclico eterno. Penrose spiega che l'inflazione non può spiegare lo stato di entropia molto basso in cui l'universo si pensa dovesse trovarsi all'inizio. Lui ed il suo co-autore, non credono che lo spazio ed il tempo hanno avuto inizio con il Big Bang, ma che invece, l'evento è stato soltanto uno tra tanti. Ogni "Big Bang" ha segnato l'inizio di una nuova era, ed il nostro universo è solo uno dei tanti universi ciclici, iniziando un nuovo universo al posto di quello di prima.

Purtroppo prima di essere certi di questi risultati c’e’ bisogno di misure della temperatura di fondo piu’ accurate che e’ proprio quello che sta facendo il satellite Planck con una risoluzione 3 volte maggiore di quella di WMAP. Con questa sensibilita’ dovrebbe essere possibile per gli scienziati individuare con certezza questi dischi concentrici rispetto al rumore di fondo.

L’eterna inflazione con la sua predizione del multiverso ci ricorda che i parametri che una volta si pensavano dover essere stati programmati esattamente al valore attuale, come Omega, possono essere spiegati da una teoria fisica piu’ fondamentale. E’ possibile che molte delle costanti i cui valori oggi non ci sappiamo spiegare potranno essere capite quando riusciremo ad arrivare ad una teoria del tutto o quando riusciremo a rivelare segnali di altri universi. Non ci resta che aspettare con fiducia.
 

2 commenti:

  1. Trovo l'articolo molto interessante. Lo apprezzo particolarmente perchè corrisponde ad una mia confusa intuizione che qui invece viene esposta in modo ordinato. Grazie.

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  2. Sono un semplice appassionato e come tale tento di comprendere con i pochi strumenti a disposizione.
    L'articolo da voi postato oltre ad essere ben costruito, esprime molto bene la situazione e mette in evidenza la volontà della scienza nel cercare di riuscire a dare le risposte ancore inattese.
    Multiverso?
    Leggi diverse?
    Teoria del tutto?
    Si...cioè secondo me si.
    Sarebbe bello poter esprimersi liberamente trattando argomenti a volte destinati all'intelletto di pochi, ma questo spazio è destinato alla divulgazione e non alla speculazione, per cui non mi permetto di andare oltre.
    Posso aggiungere tuttavia che la possibilità di spiegare in altro modo le leggi conosciute forse potrebbe esistere.
    Dai miei studi, sembrerebbe che trasformando opportunamente l'equazione di De Broglie si possa raggiungere un sorprendente risultato.
    Questo nuovo modo, potrebbe far prendere in serio esame l'esistenza di uno spazio o ente a noi sconosciuto, probabilmente riconducibile ad una sorta di multiverso?
    Forse...
    Se lo desiderate potrete liberamente visionare il mio blog e darmi il vostro parere.

    www.habitatquantico.blogspot.it

    Cordialmente
    Andrea

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