In cerca di vita nel multiverso – 1) Parte prima: universi prodotti dall’inflazione cosmica

In un certo senso la storia del nostro universo è simile ad un film d’azione.

Molti fisici sostengono che un piccolo cambiamento delle costanti universali o delle leggi fisiche fondamentali avrebbero un esito disastroso che altererebbe l’evoluzione cosmica rendendo impossibile la nostra esistenza.
Per esempio se la forza nucleare forte che lega tra loro le particelle che formano i nuclei atomici fossero leggermente più forti o più deboli, le stelle avrebbero sintetizzato una quantità moto ridotta di carbonio e di altro elementi necessari alla formazione dei pianeti e degli esseri viventi.

Se il protone pesasse lo 0,2% in più al valore misurato, l’idrogeno primordiale avrebbe sperimentato un decadimento radioattivo quasi immediato e gli atomi non si sarebbero formati.

Insomma le leggi fisiche e le costanti universali sembrerebbero regolate su misura per rendere possibile la nostra esistenza.

Ma l’elenco non finisce qui.
Senza scomodare spiegazioni soprannaturali, che sono per definizioni estranee all’ambito scientifico, molti fisici teorici e cosmologi hanno tentato fin dagli anni sessanta di ipotizzare che il nostro universo sia solo una delle moltitudini di universi ciascuno con proprie leggi.

Secondo questo principio antropico potremmo proprio trovarci nel raro universo in cui la giusta combinazione di condizioni ha reso possibile la vita.

Vediamo come e perché.

Universi tascabili prodotti dall’inflazione cosmica
Secondo la teoria cosmologica più accreditata un “impulso di espansione esponenziale”, la cosiddetta inflazione, ha generato il nostro universo partendo da una microscopica regione di “vuoto primordiale”.

Il vuoto però potrebbe generare in modo continuo altri universi ciascuno dotato di proprie leggi fisiche.
Alcuni di questi universi, ma non tutti, sarebbero adatti ad ospitare forme di vita.

Questa teoria cosmologica proposta negli anni ottanta, ammette la possibile esistenza dei multiversi paralleli, anzi ipotizza che un moltitudine di universi venga generata incessantemente nel vuoto primordiale allo stesso modo in cui il nostro nacque dal Big Bang.
Il cosmo dove ci troviamo non sarebbe che uno dei molti universi contenuti in un multiverso più ampio.
Le leggi fisiche della stragrande maggioranza di questi universi non potrebbero consentire la formazione della materia a noi nota, né di galassie, né di stelle, pianeti ed essere viventi.

Ma considerando il numero davvero enorme di possibilità, la probabilità che la natura pescasse almeno una volta la giusta combinazione di leggi non è certamente bassa. Alla stessa maniera delle infinite possibilità ambientali che hanno dato la vita sulla terra.

Alcuni studi, però, indicano che alcuni di questi altri universi, ammesso che esistano, potrebbero non essere affatto inospitali.
Gli scienziati hanno individuato esempi di valori alternativi alle costanti universali e quindi insiemi di leggi fisiche alternative che potrebbero produrre mondi estremamente interessanti e forse anche adatti alla vita.

L’idea di base consiste nell’alterare un aspetto delle leggi naturali e poi introdurre negli altri aspetti le opportune correzioni.
Il più arduo lavoro degli scienziati è stato quello della regolazione “fine” nella fisica teorica. E’ grazie ad un non valore molto piccolo della costante cosmologica che il nostro universo non è collassato nel nulla una frazione di secondo dopo il Big Bang, ed è grazie ad un valore non molto più alto che lo avrebbe disperso per una accelerazione esponenziale cosmica.

Gli esempi di universi alternativi, potenzialmente abitabili, sollevano però interrogativi interessanti e sollecitano ulteriori ricerche nella possibile unicità della nostro universo.

Vediamo come.
Il modo convenzionale per stabilire se una data costante ha un valore speciale consiste nel renderla un parametro variabile, alternando il suo valore e lasciando invariate le altre costanti.

Sulla base di queste “nuove” leggi fisiche modificate gli scienziati proiettano una specie di film del nuovo universo con calcoli, scenari ipotetici, o simulando al computer per vedere quale “disastro” accada.

Ma non c’è il motivo di alterare una sola costante alla volta, ma molte simultaneamente. E’ come se si tentasse di guidare l’automobile solo latitudine o longitudine, ma entrambe, a meno che non si stia percorrendo un reticolo di vie perpendicolari, prima o poi si uscirà di strada. Viceversa è possibile variare simultaneamente diversi parametri.

Vediamo uno di questi scenari.
Vivere senza la forza debole. Cosa succede?

Uno scienziato per provare insiemi di leggi fisiche alternative in grado di generare strutture complesse che consentono la esistenza della vita, non si è limitato non si è limitato a piccole correzioni delle leggi fisiche note, ma ha anche eliminato una delle quattro forze fondamentali della natura.
La cosa potrebbe sembrare assurda. Le forze fondamentali sembrerebbero imprescindibili alla formazione di un universo degno di questo nome.

Senza la forza nucleare forte che lega i quark nei protoni e nei neutroni e questi ultimi nei nuclei atomici, la materia che conosciamo non esisterebbe.
Senza la forza elettromagnetica non ci sarebbe luce, ma non potrebbero esistere atomi e legami chimici.
Senza la gravità non ci sarebbe alcuna forza che in grado di aggregare la materia in galassie, stelle, pianeti.

Cosa rimane? Rimane la forza nucleare debole.
Ora la faccio un po’ lunga, e forse leggermente complicata, ma è necessario per capire come funzionerebbe il nuovo universo.
La forza nucleare debole permette le reazioni che trasformano i neutroni in protoni e viceversa.

La forza nucleare debole ha svolto un ruolo importante nella storia dell’universo.
Nei primi istanti del Big Bang, dopo che i quark (tra le prime forme di materia a comparire) si erano formati in gruppi di tre formando neutroni e protoni (chiamati collettivamente baroni), essi si sono potuti fondere insieme producendo nuclei di elio-4 composti da due protoni e due neutroni.

La nucleo-sintesi del Big Bang è avvenuta quando l’universo aveva pochi secondi di vita ed era abbastanza freddo da consentire la formazione dei barioni, ma ancora sufficiente caldo da consentire agli stessi barioni di sostenere la fusione dei nuclei.
Fin qui ci siete?

Bene.
Nella nucleo-sintesi del Big Bang sono stati prodotti idrogeno ed elio che in seguito hanno generato le stelle al cui interno la fusione nucleare ed altri processi hanno sintetizzato quasi tutti gli altri elementi presenti in natura.
Ancora oggi il Sole produce la maggior parte della sua energia grazie alla fusione di protoni in elio-4.

A questo punto vi state domandando cosa c’entra tutto questo discorso con la vita sui multiversi.
Calma e pazienza. Ci arriviamo.

Senza la forza nucleare debole si capisce che sembra impossibile che un universo possa ospitare qualcosa di simile a processi chimici complessi e tanto meno alla vita.
Eppure nel 2006 no scienziato (Perez) ha scoperto un insieme di leggi basate solo sulle tre forze della natura che portano ad un universo ospitale.

Impossible, penserete. Eppure sembra che ciò sia possibile.
L’eliminazione della forza nucleare debole ha richiesto molte modifiche al modello standard delle fisica delle particelle
Perez ha dimostrato che le modifiche si possono apportare in modo che il comportamento delle tre solo forze rimanenti insieme ad altri parametri cruciali come le masse dei quark resti invariato rispetto al nostro mondo.

Come?
Per ora mi fermo qui e rimando i più interessati al prossimo post.

(fonte: Le Scienze)

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