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Perché  c’e qualcosa  piuttosto  che  niente?

 

L’umanità ha lottato con il mistero del perché l’Universo esiste da migliaia di anni. Praticamente ogni cultura antica ha inventato la propria storia della creazione – la maggior parte di loro ha lasciato la questione nelle mani degli dei. I filosofi hanno scritto libri e libri sull’argomento. Ma la scienza ha poco da dire su questa ultima domanda.

Tuttavia, negli ultimi anni alcuni fisici e cosmologi hanno iniziato ad affrontarlo. Sottolineano che ora abbiamo una comprensione della storia dell’Universo e delle leggi fisiche che descrivono come funziona. Queste informazioni, dicono, dovrebbero darci un indizio su come e perché esiste il Cosmo.

La loro risposta dichiaratamente controversa è che l’intero Universo, dalla singolarità del Big Bang al Cosmo stellato che ora abitiamo, è nato dal nulla. Doveva succedere, dicono, perché “nulla” è intrinsecamente instabile.

Questa idea può sembrare bizzarra o solo un’altra fantastica storia della creazione. Ma i fisici sostengono che deriva naturalmente dalle due teorie più potenti e di successo della scienza: la meccanica quantistica e la relatività generale.

Ecco, quindi, come tutto sarebbe potuto venire dal nulla.

Meccanica quantistica: questo è il ramo della fisica che si occupa di cose molto piccole: atomi e particelle ancora più piccole. È una teoria di enorme successo e sostiene la maggior parte dei nostri gadget elettronici moderni.

La meccanica quantistica ci dice che non esiste uno spazio vuoto. Perfino il vuoto più perfetto è in realtà riempito da una nuvola di particelle e antiparticelle che si infiammano, che si accendono e svaniscono quasi istantaneamente nel nulla.

Queste cosiddette particelle virtuali non durano abbastanza a lungo per essere osservate direttamente, ma sappiamo che esistono per i loro effetti .

Nella fisica quantistica, se qualcosa non è proibito, succede necessariamente.

La relatività è molto diversa dalla meccanica quantistica e finora nessuno è stato in grado di combinare i due senza soluzione di continuità. Tuttavia, alcuni teorici sono stati in grado di mettere in pratica le due teorie su particolari problemi usando approssimazioni accuratamente scelte.

Una cosa che hanno scoperto è che, quando la teoria quantistica viene applicata allo spazio alla scala più piccola possibile, lo spazio stesso diventa instabile. Piuttosto che rimanere perfettamente lisci e continui, lo spazio e il tempo si destabilizzano, agitando e schiumando in una schiuma di bolle spazio-temporali.

In altre parole, piccole bolle di spazio e tempo possono formarsi spontaneamente. Se lo spazio e il tempo sono quantizzati, possono fluttuare, quindi puoi creare spazi-tempi virtuali così come puoi creare particelle virtuali.

Quindi non sono solo le particelle e le antiparticelle che possono entrare e uscire dal nulla: le bolle dello spazio-tempo possono fare lo stesso. Tuttavia, sembra un grande salto da una bolla spazio-temporale infinitesimale a un Universo enorme che ospita più di 200 miliardi di galassie. Sicuramente, anche se si formasse una bolla, sarebbe destinata a sparire di nuovo in un batter d’occhio?

In realtà, è possibile che la bolla sopravviva. Ma per questo abbiamo bisogno di un altro trucco: l’inflazione cosmica.

La maggior parte dei fisici ora pensa che l’universo sia iniziato con il Big Bang. All’inizio tutta la materia e l’energia nell’Universo erano stipate insieme in un punto inimmaginabilmente piccolo, e questo esplose. Ciò deriva dalla scoperta, all’inizio del XX secolo, che l’Universo si sta espandendo.

Se tutte le galassie volano a pezzi, una volta devono essere state vicine tra loro.

La teoria dell’inflazione propone che nell’immediato Big Bang, l’Universo si sia espanso molto più velocemente di quanto non abbia fatto in seguito.

L’idea è che, una frazione di secondo dopo il Big Bang, la bolla spaziale di dimensioni quantistiche si sia espansa incredibilmente velocemente. In un momento incredibilmente breve, è passato dall’essere più piccolo del nucleo di un atomo alle dimensioni di un granello di sabbia.

Quando l’espansione finalmente rallentò, il campo di forza che l’aveva alimentata fu trasformato nella materia e nell’energia che riempiono l’Universo oggi.

Per quanto strano possa sembrare, l’inflazione si adatta piuttosto bene ai fatti. In particolare, spiega chiaramente perché lo sfondo cosmico a microonde, il debole residuo delle radiazioni lasciate dal Big Bang, sia quasi perfettamente uniforme in tutto il cielo.

L’inflazione ha anche fornito ai cosmologi lo strumento di misurazione di cui avevano bisogno per determinare la geometria sottostante dell’Universo. Si scopre che questo è anche cruciale per capire come il cosmo proviene dal nulla.

La teoria della relatività generale di Einstein ci dice che lo spazio-tempo in cui viviamo potrebbe assumere tre forme diverse. Potrebbe essere piatto come un tavolo. Potrebbe ricurvarsi su se stesso come la superficie di una sfera, nel qual caso se viaggi abbastanza lontano nella stessa direzione finiresti indietro dove hai iniziato. In alternativa, lo spazio-tempo potrebbe curvarsi verso l’esterno come una sella. Quindi che cos’è?

C’è un modo per dirlo.

Ricordiamo dalla matematica che i tre angoli di un triangolo si sommano esattamente a 180 gradi. In realtà questo è vero solo su una superficie piana. Se si disegna un triangolo sulla superficie di un pallone, i suoi tre angoli si sommano a più di 180 gradi. In alternativa, se disegni un triangolo su una superficie che curva verso l’esterno come una sella, i suoi angoli si sommeranno a meno di 180 gradi.

Quindi per scoprire se l’Universo è piatto, dobbiamo misurare gli angoli di un triangolo davvero grande. È qui che entra in gioco l’inflazione che ha determinato la dimensione media dei pezzi di cielo più caldi e più freddi sullo sfondo cosmico a microonde.

Quelle zone sono state misurate, e ciò ha dato agli astronomi una selezione di triangoli. Di conseguenza, sappiamo che sulla più grande scala osservabile il nostro Universo è piatto.

Si scopre che un Universo piatto è cruciale. Questo perché è probabile che solo un Universo piatto provenga dal nulla.

Tutto ciò che esiste, dalle stelle e dalle galassie alla luce che li vediamo, deve essere nato da qualche parte. Ma ci vuole un’enorme quantità di energia per creare tutte quelle stelle e pianeti.

Dove ha preso tutta questa energia l’Universo? Stranamente, potrebbe non averne avuto bisogno. Questo perché ogni oggetto nell’Universo crea gravità, trascinando altri oggetti verso di esso. Questo equilibra l’energia necessaria per creare la materia in primo luogo.

È un po’ come una bilancia di misurazione di vecchio stile. Puoi mettere un peso pesante da un lato, purché sia ​​bilanciato da un peso uguale dall’altro. Nel caso dell’Universo, la materia va da un lato della scala e deve essere bilanciata dalla gravità.

I fisici hanno calcolato che in un Universo piatto l’energia della materia è esattamente bilanciata dall’energia della gravità creata dalla massa. Ma questo è vero solo in un Universo piatto. Se l’Universo fosse stato curvo, le due somme non si annullerebbero.

Universo o multiverso?

A questo punto, rendere un Universo sembra quasi facile. La meccanica quantistica ci dice che il “nulla” è intrinsecamente instabile, quindi il salto iniziale dal nulla a qualcosa potrebbe essere stato inevitabile. Quindi la minuscola bolla dello spazio-tempo che ne sarebbe derivata avrebbe potuto esplodere in un Universo enorme e indaffarato, grazie all’inflazione.

Le leggi della fisica come le comprendiamo rendono eminentemente plausibile che il nostro Universo sia sorto dal nulla: niente spazio, niente tempo, niente particelle, niente di cui ora sappiamo.

Quindi perché è successo solo una volta? Se una bolla spazio-temporale è nata e gonfiata per formare il nostro Universo, cosa ha impedito ad altre bolle di fare lo stesso?

Si pensa che gli Universi siano sempre nati e che questo processo continuerà per sempre.

Quando un nuovo Universo smette di gonfiarsi, è ancora circondato dallo spazio che continua a gonfiarsi. Quello spazio gonfiabile può generare più Universi, con ancora più spazio gonfiabile attorno a loro.

Quindi, quando inizia l’inflazione, dovrebbe creare una cascata infinita di universi, che i scienziati chiamano inflazione eterna. Il nostro Universo potrebbe essere solo un granello di sabbia su una spiaggia infinita.

Questi Universi potrebbero essere profondamente diversi dai nostri.

L’Universo della porta accanto potrebbe avere sette dimensioni dello spazio piuttosto che le tre – lunghezza, larghezza e altezza – che il nostro ha. La gravità potrebbe essere mille volte più forte o mille volte più debole, o non esistere affatto. La materia potrebbe essere costruita con particelle completamente diverse.

Quindi potrebbe esserci una quantità infinita di Universi.

L’inflazione eterna non è solo l’ultimo pranzo gratuito: è l’unico in cui sono disponibili tutti i piatti possibili.

Finora non esistono prove concrete dell’esistenza di altri Universi. Ma in entrambi i casi, queste idee danno un significato completamente nuovo alla frase:”Grazie per niente”.

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