Due dei concetti più interessanti della fisica moderna sono legati al fatto che il cosmo si divida costantemente in universi paralleli in cui si verifica ogni possibile esito di ogni evento, e l’idea che il nostro universo sia parte di un multiverso più ampio, sono state unificate in un’unica teoria.
Questo risolve un problema singolare ma fondamentale in cosmologia e ha creato circoli di fisica brulicanti di scienziati perplessi.
Il problema è l’osservabilità del nostro universo.
Sebbene la maggior parte di noi dia semplicemente per scontato che dovremmo essere in grado di osservare il nostro universo, per i cosmologi è una storia diversa.
Quando applicano la meccanica quantistica, che descrive con successo il comportamento di oggetti molto piccoli come gli atomi, all’intero cosmo, le equazioni implicano che deve esistere in molti stati diversi contemporaneamente, un fenomeno chiamato sovrapposizione.
Eppure questo non è chiaramente ciò che osserviamo.
I cosmologi conciliano questa apparente contraddizione assumendo che la sovrapposizione alla fine “collassa” in un unico stato.
Ma tendono a ignorare il problema di come o perché potrebbe verificarsi un simile collasso, afferma il cosmologo Raphael Bousso dell’Università della California, a Berkeley.
“Non abbiamo il diritto di presumere che crolli. Abbiamo mentito a noi stessi su questo“, dice.
Nel tentativo di trovare un modo più soddisfacente per spiegare l’osservabilità dell’universo, Bousso, insieme a Leonard Susskind della Stanford University in California, si è rivolto al lavoro di fisici che si sono interrogati sullo stesso problema ma su scala molto più piccola:
perché oggetti minuscoli come elettroni e fotoni esistono in una sovrapposizione di stati, ma oggetti più grandi come palloni e pianeti apparentemente no.
Questo problema è stato esaminato nel famoso esperimento mentale del gatto di Schrödinger.
Questo infelice felino si trova all’interno di una scatola sigillata contenente una fiala di veleno che si aprirà quando un atomo radioattivo decadrà.
Essendo un oggetto quantistico, l’atomo esiste in una sovrapposizione di stati, quindi è decaduto e non è decaduto allo stesso tempo.
Ciò implica che anche la fiala deve trovarsi in una sovrapposizione di stati, sia rotta che intatta. E se è così, allora anche il gatto deve essere vivo e morto.
Per spiegare perché non sembriamo mai vedere gatti che sono sia morti che vivi, eppure possono rilevare atomi in una sovrapposizione di stati, negli ultimi anni i fisici hanno sostituito l’idea delle sovrapposizioni che collassano con l’idea che gli oggetti quantistici interagiscono inevitabilmente con il loro ambiente, permettendo che le informazioni su possibili sovrapposizioni trapelano e diventino inaccessibili all’osservatore.
Tutto ciò che resta è l’informazione su un singolo stato.
I fisici chiamano questo processo “decoerenza“. Se puoi prevenirlo, tenendo traccia di tutte le informazioni su tutti i possibili stati, puoi preservare la sovrapposizione.
Nel caso di qualcosa delle dimensioni di un gatto, ciò potrebbe essere possibile nella teorica scatola sigillata di Schrödinger.
Ma nel mondo reale, è molto difficile da raggiungere. Quindi i gatti di tutti i giorni si decompongono rapidamente, lasciandosi dietro l’unico stato che osserviamo.
Al contrario, piccole cose come fotoni ed elettroni sono più facilmente isolate dal loro ambiente, quindi possono essere conservate in una sovrapposizione più a lungo: è così che rileviamo questi strani stati.
L’enigma è come potrebbe funzionare la decoerenza sulla scala dell’intero universo:
anch’essa deve esistere in una sovrapposizione di stati finché alcune delle informazioni che contiene non fuoriescono, lasciando il singolo stato che vediamo, ma nelle formulazioni convenzionali dell’universo, non c’è nient’altro in cui infiltrarsi.
Quello che Bousso e Susskind hanno fatto è trovare una spiegazione su come l’universo nel suo insieme potrebbe decoere.
Il loro trucco è pensare al volume di spazio che racchiude tutte le informazioni nel nostro universo e tutto ciò con cui potrebbe interagire in futuro.
In lavori precedenti, Susskind ha soprannominato questa regione una zona causale. La nuova idea è che il nostro universo sia solo una patch causale tra molte altre in un multiverso molto più grande.
Molti fisici hanno giocato con l’idea che il cosmo sia composto da regioni che differiscono così profondamente da poter essere pensate come universi differenti all’interno di un multiverso più grande.
Ma mentre la decoerenza spiega perché non vediamo gatti che sono morti e vivi allo stesso tempo, o il nostro stesso universo in un’enorme sovrapposizione di stati, non ci dice in quale stato il gatto, o l’universo, dovrebbe eventualmente finire.
Quindi Bousso e Susskind hanno anche collegato l’idea di un multiverso di patch causali a qualcosa noto come l’ interpretazione dei “molti mondi” della meccanica quantistica, che è stata sviluppata negli anni ’50 e ’60 ma è diventata popolare solo negli ultimi 15 anni.
Secondo questa strana idea, quando si verifica una sovrapposizione di stati, il cosmo si divide in più universi paralleli ma per il resto identici.
In un universo potremmo vedere il gatto sopravvivere e in un altro lo vediamo morire. Ciò si traduce in un numero infinito di universi paralleli in cui ogni possibile esito di ogni evento si verifica effettivamente.
La tesi di Bousso e Susskind è che le realtà alternative dell’interpretazione dei molti mondi sono le patch causali aggiuntive che compongono il multiverso.
La maggior parte di queste patch si sarebbe separata da altri universi, forse persino antenati del nostro.
“Noi sosteniamo che il multiverso globale sia una rappresentazione dei molti mondi in un’unica geometria“, affermano. Chiamano questa idea l’interpretazione multiverso della meccanica quantistica e in un documento ora disponibile online hanno proposto il quadro matematico dietro di essa.
Una caratteristica della loro struttura è che potrebbe spiegare aspetti sconcertanti del nostro universo, come il valore della costante cosmologica e la quantità apparente di energia oscura.
Il documento ha suscitato un’ondata di entusiasmo nei blog di fisica e nella più ampia comunità di fisica.
“È un documento molto interessante che propone molte nuove idee“, afferma Don Page, fisico teorico dell’Università dell’Alberta a Edmonton, in Canada.
Sean Carroll, un cosmologo del California Institute of Technology di Pasadena e autore del blog Cosmic Variance, pensa che l’idea abbia qualche merito.
“Sono passato da uno scettico confuso a un credente incerto“, ha scritto sul suo blog . “Mi sono reso conto che queste idee si adattano molto bene ad altre idee che ho pensato a me stesso!“
Tuttavia, la maggior parte concorda sul fatto che ci sono ancora domande da appianare.
“È un passo importante nel tentativo di comprendere le implicazioni cosmologiche della meccanica quantistica, ma sono scettico sul fatto che sia una risposta definitiva“, afferma Page.
Ad esempio, una domanda rimasta è come le informazioni possono fuoriuscire da una patch causale, un volume presumibilmente autonomo del multiverso.
Susskind afferma che ci vorrà del tempo prima che le persone considerino adeguatamente il loro nuovo approccio. E anche allora, le idee potrebbero dover essere affinate.
