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

multiversi02

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.

multiversi01Questa 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.

forze fondamentaliSenza 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)

Informazioni su bruce

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

  1. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Sia che si immaginino universi (giustamente di vario tipo) che nascono dal “vuoto che potrebbe generare in modo continuo altri universi ciascuno dotato di proprie leggi fisiche, sia che si immaginino questi universi che nascono “a una linea temporale che corre perperndicolarmente alla nostra”, come dice Stephen Hawking, la sostanza non cambia, circa questa possibilità di esistenza di molti universi.

    “Secondo questo principio antropico potremmo proprio trovarci nel raro universo in cui la giusta combinazione di condizioni ha reso possibile la vita”. Universi come il nostro potrebbero non essere rari, ma solo se le combinazioni possibili sono pressoche’ infinite.
    Certo che “azzeccare” la giusta massa del protone, il giiusto valore della costante di Planck, la giusta entità delle forze nucleari forti e di quella elettrodebole da’ da pensare a come possa, il caso, creare un mondo che sia “funzionale”, almeno secondo i nostri parametri (principio antropico, eccetera).

    Belissimo post. Io..mi accontento di scrivere qualcos di meno impegnativo degli universi paralleli o meno, o universi con qualche forza in piu’ o in meno, ed e’ qualcosa che si trova nel nostro universo. Una sonda e’ arrivata a sfiorare Plutone. Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Una cosa sembra certa tra i fisici, i precisi valori delle costanti universli e le leggi fisiche conosciute sono quelle che hanno dato vita al nostro universo. Forse un evento unico.
      Ma non è escluso di universi che si siano dotati di altre leggi sconosciute con altre forme di materia o antimateria.
      Sto scrivendo la seconda parte (che mi sta impegnando molto) dove i fisici stanno provando a fare alcune simulazioni (o a divertirsi) variando alcuni parametri per vedere cosa succede. Ovvero se la vita come la intendiamo vale ancora.
      Beh! c’è qualcosa di interessante. Questo è il bello della scienza, di esplorare tutto ciò che può essere esplorato.
      Su Plutone ho scritto molto su FB dove sembra che l’argomento abbia riscosso più successo che sui blog.
      Ciao

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      • MARGHIAN ha detto:

        “Forse un evento unico”. Ma anche in questo caso (l’unicità di un universo, il nostro, con i precisi valori delle costanti universli, delle forze fomdamentali e delle leggi fisiche), i possibilisti ritengono alta la probabilità dell’esistenza di vita, data la vastità dell’universo.
        Credo che per la vita- su altri universi- non sia necessaria una soliglianza “gemellare” fra il nostro ed alcuni altri universi, in quanto in universi leggermente diversi, potrebbero esservi mondi abitati da organismi sia elementari che complessi- ed anche intelligenti, sempre seguendo pero’ una rigorosa scala di probabilità. Bisogna vedere prima pero’, se degli altri universi esistono. E fanno bene gli scienziati a ..divertirsi, con le simulazioni.
        Ciao.

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  2. gabriarte ha detto:

    proprio stasera ho letto la notizia di un pianeta molto simile alla terra con una sua stella come il nostro sole che hanno scoperto mi pare ad una distanza di 1440 anni luce da noi forse non siamo soli!!!! ciao buona notte

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  3. bruce ha detto:

    Ciao gabri, ho letto anch’io la notizia, che a dire il vero era già nell’aria. Infatti era noto il sistema solare Kepler-186 con il suo pianeta Kepler-186f praticamente con la stessa massa della Terra ma che orbitava ad una distanza pari a quella di Mercurio attorno alla sua stella.
    Ora si è visto che il sistema solare Kepler-452 ha un pianeta, Kepler-452b, poco più grande della Terra che orbita alla nostra stessa distanza dal suo sole.
    Per il momento si tratta di un cugino della Terra perché ancora non ha tutte le caratteristiche del nostro globo azzurro. Ma ne ha alcune molto importanti.
    Innanzitutto sembra roccioso. Poi dista 150 milioni di chilometri che è la distanza che separa la nostra Terra dal Sole. Ruota intorno alla sua stella in 385 giorni (poco più del nostro anno terrestre).
    Mai era stato trovato finora un pianeta tanto coincidente con noi per questo aspetto.
    Buona notte.

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    • MARGHIAN ha detto:

      Ciao, Gabry. Sul il sistema solare Kepler-452, come scrive Bruce, gia’ si sapeva. Di questo pianeta, il bello è appunto che Kepler-452b ha delle caratteristiche che lo avvicinano alla Terra- anche nei cinfronti della stella madre, nel nostro caso il Sole. Pensa, poi, che per ora non e’ facile individuare pianeti che abbiano una distanza dalla stella tipo la nostra, le dimensioni tipo la Terra, eccetera. In futuro si scoveranno tanti altri pianeti, candidati ad essere dei possibili mondi abitati. “forse non siamo soli”. Forse, saerbbe strano se proprio fossimo da soli. Ciao.

      Marghian

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  4. simone ha detto:

    onestamente quella dei multiversi è una “speculazione scientifica” per ora indimostrabile. In un certo senso sembrerebbe che la teoria delle stringhe e la sua successiva elaborazione (misteriosa) e più complessa ( teoria M) preveda un multiverso. Allo stato attuale però nemmeno la supesimmetria (che si pensava potesse essere già confermata ai livelli energetici attuali grazie all LHC) è stata confermata da evidenze sperimentali, onestamente andare a congetturare un multiverso mi sembra fantascienza.
    Personalmente ( in modo soggettivo e speculativo) ritengo che non esistano universi con altre leggi fisiche, che non esistano proprio leggi e costanti fisiche diverse dalle nostre. Credo che le singolarità spazio – temporali generino altri universi ma che questi stessi universi abbiano le stesse leggi e costanti fisiche del nostro universo. La legge di gravità per me è eterna , omogenea e isotropa non solo nel nostro universo ma anche nel multiverso. La gravità nell’infinitamente grande genera la struttura del cosmo come la conosciamo, nell’infinitamente piccolo l’azione della gravità quantistica genera altri universi in quella che viene chiamata singolarità. La Gravità ha una sorta di “potere” Divino (se così possiamo chiamarlo). Il multiverso è una struttura omogenea, isotropa e infinita con dei punti “nodali” ( le singolarità) in cui il tempo si “ferma” o semplicemente non esiste. Il tempo in effetti è solo una sovrastruttura , una modello fisico inventato dall’uomo per descrivere determinati eventi, il tempo sostanzialmente “non esiste”. Noi chiamamo “tempo” una direzione del verso entropico , perchè il tempo esista e perchè esista abbia un verso, deve esserci un verso entropico ; nell’infinitamente piccolo, a livello della dimensione di Planck il tempo perde il suo “senso” e raggiunge un punto morto, a quel livello non esisten un verso entropico, e quindi non esiste un prima o un dopo, un passato o un futuro di una determinata particella ma solo una caotica schiuma quantistica. Così nella singolarità il tempo non esiste , quindi non esiste un “prima” o un “dopo” rispetto a tale singolarità. Ogni nodo del multiverso è quindi eterno e immutabile in qualche modo : i buchi neri evaporano ma la singolarità NO.
    Ripeto , questa è una speculazione , non ha nessun supporto matematico. Ma per me è INSENSATO pensare a universi paralleli con infinite leggi e costanti fisiche, è assolutamente una idea aberrante e assurda a livello logico e concettuale.

    ciao

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