L'universo | multiverso | Universo parallelo | Spazio tempo | Teoria del Big Bang

Esiste una vasta gamma di prove scientifiche a supporto del quadro dell'universo in espansione e del Big Bang. L'intera energia di massa dell'Universo è stata rilasciata in un evento della durata inferiore a 10 ^ -30 secondi; la cosa più energica che sia mai avvenuta nella storia del nostro Universo. NASA / GSFC

Sono passati solo 13,8 miliardi di anni dal Big Bang e la massima velocità alla quale ogni informazione può viaggiare - la velocità della luce - è limitata. Anche se l'intero Universo stesso può essere veramente infinito, l'Universo osservabile è limitato. Secondo le idee principali della fisica teorica, tuttavia, il nostro Universo potrebbe essere solo una minuscola regione di un multiverso molto più ampio, all'interno del quale sono contenuti molti Universi, forse anche un numero infinito. Alcuni di questi sono veri e propri studi scientifici, ma altri non sono altro che pensieri speculativi e pieni di desiderio. Ecco come dire quale è quale. Ma prima, un po 'di storia.

L'Universo oggi ha alcuni fatti al riguardo che sono relativamente facili da osservare, almeno con strutture scientifiche di livello mondiale. Sappiamo che l'Universo si sta espandendo: possiamo misurare le proprietà delle galassie che ci insegnano sia la loro distanza che la velocità con cui sembrano allontanarsi da noi. Più sono lontani, più velocemente sembrano retrocedere. Nel contesto della Relatività Generale, ciò significa che l'Universo si sta espandendo.

E se l'Universo si sta espandendo oggi, significa che in passato era più piccolo e più denso. Estrapolate abbastanza lontano, e scoprirete che le cose sono anche più uniformi (perché la gravità richiede tempo per far ammassare le cose insieme) e più calde (perché lunghezze d'onda più piccole per la luce significano energie / temperature più elevate). Questo ci riporta al Big Bang.

Un'illustrazione della nostra storia cosmica, dal Big Bang ai giorni nostri, nel contesto dell'universo in espansione. La prima equazione di Friedmann descrive tutte queste epoche, dall'inflazione al Big Bang al presente e lontano nel futuro, perfettamente con precisione, anche oggi. TEAS NASA / WMAP SCIENCE

Ma il Big Bang non è stato l'inizio dell'Universo! Possiamo estrapolare solo indietro a una certa epoca in tempo prima che le previsioni del Big Bang crollino. Ci sono una serie di cose che osserviamo nell'Universo che il Big Bang non può spiegare, ma una nuova teoria che istituisce il Big Bang - inflazione cosmica - può.

Le fluttuazioni quantistiche che si verificano durante l'inflazione si estendono in tutto l'Universo e quando l'inflazione termina, diventano fluttuazioni di densità. Ciò porta, nel tempo, alla struttura su larga scala nell'Universo oggi, nonché alle fluttuazioni della temperatura osservate nel CMB.E. SIEGEL, CON IMMAGINI DERIVATE DA ESA / PLANCK E LA FORZA DI ATTIVITÀ DI INTERAGENZA DOE / NASA / NSF SULLA RICERCA CMB

Negli anni '80 sono state elaborate numerose conseguenze teoriche dell'inflazione, tra cui:

  • come dovrebbero essere i semi per la struttura su larga scala,
  • che le fluttuazioni di temperatura e densità dovrebbero esistere su scale più grandi dell'orizzonte cosmico,
  • che tutte le regioni dello spazio, anche con fluttuazioni, dovrebbero avere un'entropia costante,
  • e che dovrebbe esserci una temperatura massima raggiunta dal Big Bang caldo.

Negli anni '90, 2000 e 2010, queste quattro previsioni sono state confermate osservativamente con grande precisione. L'inflazione cosmica è vincente.

L'inflazione provoca l'espansione esponenziale dello spazio, il che può portare molto rapidamente a uno spazio curvo o non liscio preesistente che appare piatto. Se l'Universo è curvo, ha un raggio di curvatura che è almeno centinaia di volte più grande di quello che possiamo osservare. SIEGEL (L); TUTORIAL DI COSMOLOGIA DI NED WRIGHT (R)

L'inflazione ci dice che, prima del Big Bang, l'Universo non era pieno di particelle, antiparticelle e radiazioni. Invece, era pieno di energia inerente allo spazio stesso e quell'energia causava l'espansione dello spazio a un ritmo rapido, implacabile ed esponenziale. Ad un certo punto, l'inflazione termina e tutta (o quasi) tutta quell'energia viene convertita in materia ed energia, dando origine al caldo Big Bang. La fine dell'inflazione, e ciò che è noto come il riscaldamento del nostro Universo, segna l'inizio del caldo Big Bang. Il Big Bang succede ancora, ma non è l'inizio.

L'inflazione prevede l'esistenza di un enorme volume di universo inosservabile oltre la parte che possiamo osservare. Ma ci dà ancora di più. SIEGEL / OLTRE LA GALASSIA

Se questa fosse la storia completa, tutto ciò che avremmo avuto sarebbe un universo estremamente grande. Avrebbe le stesse proprietà dappertutto, le stesse leggi dappertutto e le parti che erano oltre il nostro orizzonte visibile sarebbero simili a quelle in cui ci troviamo, ma non sarebbe legittimamente chiamato il multiverso.

Fino a quando, cioè, ti ricordi che tutto ciò che esiste fisicamente deve essere intrinsecamente quantico in natura. Anche l'inflazione, con tutte le incognite che la circondano, deve essere un campo quantico.

La natura quantistica dell'inflazione significa che finisce in alcune

Se si richiede quindi che l'inflazione abbia le proprietà di tutti i campi quantistici:

  • che le sue proprietà hanno incertezze a loro inerenti,
  • che il campo è descritto da una funzione d'onda,
  • e i valori di quel campo possono diffondersi nel tempo,

raggiungi una conclusione sorprendente.

Ovunque si verifichi l'inflazione (cubi blu), provoca esponenzialmente più regioni dello spazio con ogni passo avanti nel tempo. Anche se ci sono molti cubi dove termina l'inflazione (X rosse), ci sono molte più regioni in cui l'inflazione continuerà nel futuro. Il fatto che ciò non finisca mai è ciò che rende l'inflazione

L'inflazione non termina dappertutto contemporaneamente, ma piuttosto in posizioni selezionate e disconnesse in qualsiasi momento, mentre lo spazio tra tali posizioni continua a gonfiarsi. Dovrebbero esserci più, enormi regioni dello spazio in cui l'inflazione termina e inizia un Big Bang caldo, ma non possono mai incontrarsi, poiché sono separate da regioni di spazio gonfiabile. Ovunque inizi l'inflazione, è quasi garantito che continui per l'eternità, almeno nei luoghi.

Dove l'inflazione finisce per noi, otteniamo un Big Bang caldo. La parte dell'Universo che osserviamo è solo una parte di questa regione in cui l'inflazione è terminata, con un Universo più inosservabile oltre quello. Ma ci sono innumerevoli regioni, tutte disconnesse l'una dall'altra, con la stessa storia esatta.

Un'illustrazione di universi multipli e indipendenti, casualmente disconnessi l'uno dall'altro in un oceano cosmico in continua espansione, è una rappresentazione dell'idea del Multiverso. In una regione in cui inizia il Big Bang e l'inflazione termina, il tasso di espansione diminuirà, mentre l'inflazione continua tra due di queste regioni, separandole per sempre. OZYTIVE / DOMINIO PUBBLICO

Questa è l'idea del multiverso. Come puoi vedere, si basa su due aspetti indipendenti, ben consolidati e ampiamente accettati della fisica teorica: la natura quantistica di tutto e le proprietà dell'inflazione cosmica. Non esiste un modo noto per misurarlo, così come non esiste un modo per misurare la parte inosservabile del nostro Universo. Ma le due teorie alla base, l'inflazione e la fisica quantistica, si sono dimostrate valide. Se hanno ragione, allora il multiverso è una conseguenza inevitabile di ciò, e ci stiamo vivendo.

L'idea del multiverso afferma che esiste un numero arbitrariamente elevato di universi come il nostro, ma ciò non significa necessariamente che ci sia un'altra versione di noi là fuori, e certamente non significa che ci sia alcuna possibilità di imbattersi in una versione alternativa di te stesso ... o qualsiasi altra cosa proveniente da un altro universo. LEE DAVY / FLICKR

E allora? Non è molto, vero? Ci sono molte conseguenze teoriche che sono inevitabili, ma che non possiamo sapere con certezza perché non possiamo testarle. Il multiverso è uno in una lunga serie di quelli. Non è una realizzazione particolarmente utile, solo una previsione interessante che cade da queste teorie.

Allora perché così tanti fisici teorici scrivono articoli sul multiverso? A proposito di universi paralleli e la loro connessione con la nostra attraverso questo multiverso? Perché affermano che il multiverso è collegato al paesaggio delle stringhe, alla costante cosmologica e persino al fatto che il nostro Universo è ottimizzato per la vita?

Perché anche se è ovviamente una cattiva idea, non ne hanno di migliori.

Il panorama delle stringhe potrebbe essere un'idea affascinante che è piena di potenziale teorico, ma non prevede nulla che possiamo osservare nel nostro Universo. Questa idea di bellezza, motivata dalla risoluzione di problemi

Nel contesto della teoria delle stringhe, esiste un enorme insieme di parametri che, in linea di principio, potrebbero assumere quasi qualsiasi valore. La teoria non fa previsioni per loro, quindi dobbiamo metterle a portata di mano: i valori di aspettativa della stringa vacua. Se hai sentito parlare di numeri incredibilmente grandi come il famoso 10500 che appare nella teoria delle stringhe, i possibili valori della stringa vacua sono ciò a cui si riferiscono. Non sappiamo cosa siano o perché abbiano i valori che fanno. Nessuno sa come calcolarli.

Una rappresentazione dei diversi

Quindi, invece, alcune persone dicono "è il multiverso!" La linea di pensiero va così:

  • Non sappiamo perché le costanti fondamentali abbiano i loro valori.
  • Non sappiamo perché le leggi della fisica siano quelle che sono.
  • La teoria delle stringhe è una struttura che potrebbe darci le nostre leggi della fisica con le nostre costanti fondamentali, ma potrebbe darci altre leggi e / o altre costanti.
  • Pertanto, se abbiamo un enorme multiverso, in cui molte regioni diverse hanno leggi e / o costanti diverse, una di queste potrebbe essere la nostra.

Il grande problema è che non solo questo è enormemente speculativo, ma non c'è motivo, data l'inflazione e la fisica quantistica che conosciamo, di presumere che uno spazio-tempo gonfiabile abbia leggi o costanti diverse in diverse regioni.

Non sei impressionato da questo ragionamento? Né è praticamente nessun altro.

Quanto è probabile o improbabile che il nostro Universo produca un mondo come la Terra? E quanto plausibile sarebbero queste probabilità se le costanti o le leggi fondamentali che governano il nostro Universo fossero diverse? Un universo fortunato, dalla cui copertina è stata tratta questa immagine, è uno di questi libri che esplora questi problemi. GERAINT LEWIS E LUKE BARNES

Come ho spiegato prima, il Multiverso non è una teoria scientifica a sé stante. Piuttosto, è una conseguenza teorica delle leggi della fisica come sono meglio comprese oggi. È forse anche una conseguenza inevitabile di quelle leggi: se hai un universo inflazionistico governato dalla fisica quantistica, questo è qualcosa con cui sei praticamente costretto a finire. Ma - proprio come la teoria delle stringhe - ha alcuni grossi problemi: non prevede nulla di ciò che abbiamo osservato e non può spiegare senza di esso, e non prevede nulla di definitivo che possiamo andare a cercare.

Visualizzazione di un calcolo della teoria dei campi quantistici che mostra particelle virtuali nel vuoto quantistico. Anche nello spazio vuoto, questa energia del vuoto è diversa da zero. Se abbia lo stesso valore costante in altre regioni del multiverso è qualcosa che non possiamo sapere, ma non vi è alcuna motivazione perché sia ​​così. DEREK LEINWEBER

In questo universo fisico, è importante osservare tutto ciò che possiamo e misurare ogni bit di conoscenza che possiamo raccogliere. Solo dalla suite completa di dati disponibili possiamo sperare di trarre mai conclusioni scientifiche valide sulla natura del nostro Universo. Alcune di queste conclusioni avranno implicazioni che potremmo non essere in grado di misurare: l'esistenza del multiverso deriva da quella. Ma quando poi le persone sostengono di poter trarre conclusioni sulle costanti fondamentali, le leggi della fisica o i valori del vacua per stringhe, non fanno più scienza; stanno speculando. Il pio desiderio non sostituisce dati, esperimenti o osservabili. Fino a quando non li avremo, sappi che il multiverso è una conseguenza della migliore scienza che abbiamo disponibile oggi, ma non fa previsioni scientifiche che possiamo mettere alla prova.

Spero che questo possa portare un po 'di importanza all'argomento Astrofisica.

Jyotiraditya