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La curiosità del mese

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Uno o tanti Universi?

La curiosità del mese di gennaio 2011 a cura di Gabriele Ghisellini


Fig. 1 - Una visione artistica  di una proto-galassia, formatasi miliardi di anni fa, quando l’Universo - il nostro! - era molto molto giovane - Crediti: ESA/Wolfram Freudling (ESO).
Fig. 1 - Una visione artistica di una proto-galassia, formatasi miliardi di anni fa, quando l’Universo - il nostro! - era molto molto giovane - Crediti: ESA/Wolfram Freudling (ESO).

Sembra una domanda senza senso, vero?
Perchè per definizione l’Universo è l’insieme di tutto quello che esiste, e quindi non è possibile che ce ne siano tanti, uno è sufficiente...
Eppure i concetti di "Universi paralleli", o di "Multiverso" sono usciti dai romanzi di fantascienza e sono entrati di diritto nell’astrofisica.
È successo più di una trentina di anni fa, quando ci si è accorti di una cosa strana e insieme banale: viviamo in un Universo governato dalle leggi della fisica e dalle 4 forze fondamentali che operano dappertutto, ma non sappiamo perchè abbiamo queste leggi, e non altre, e non sappiamo perchè ci sono certe costanti fondamentali, come la velocità della luce, che hanno certi valori, e non altri (vedi il "Principio antropico").

Fig. 2 - Un cristallo di ghiaccio ingrandito (è un fiocco di neve). Da notare la caratteristica forma esagonale, che è dettata dai legami che legano le molecole d’acqua quando questa forma dei cristalli (cioè diventa ghiaccio).
Fig. 2 - Un cristallo di ghiaccio ingrandito (è un fiocco di neve). Da notare la caratteristica forma esagonale, che è dettata dai legami che legano le molecole d’acqua quando questa forma dei cristalli (cioè diventa ghiaccio).

Chi ha deciso che la luce, nel vuoto, viaggi a 300000 km al secondo? Chi ha deciso che un protone attiri un elettrone con la forza che misuriamo, e non il doppio? Chi ha deciso che la forza di gravità sia proprio questa, e non la metà?
Facciamo qualche esempio: consideriamo la forza di gravità e l’espansione dell’Universo.
La nostra Galassia, la Via Lattea, e il nostro sistema solare esistono perchè miliardi di anni fa c’era una leggera concentrazione di gas, più denso rispetto alla media. Questo ha fatto sì che la forza di gravità, in quella "piccola" regione di Universo (piccola per modo di dire, si tratta comunque di milioni di anni luce), vincesse la gara contro l’espansione dell’Universo: invece di disperdersi nel cosmo, il gas primordiale della Via Lattea si è quindi concentrato di più, facendo via via nascere le stelle, fino al nostro Sole e la nostra Terra.
Se la forza di gravità fosse stata più grande, allora la gara tra espansione dell’Universo e frenamento dovuto alla gravità avrebbe avuto un chiaro vincitore: la gravità, e l’Universo sarebbe ricollassato su se stesso, ancor prima di aver avuto il tempo di formare le galassie e le stelle.
Se la forza di gravità fosse stata più piccola, allora l’espansione avrebbe vinto, il gas primordiale si sarebbe disperso, e non ci sarebbe stata nessuna regione in grado di contrarsi e quindi dare origine alle stelle.
Quindi se la forza di gravità fosse più grande o più piccola le stelle non avrebbero potuto formarsi, e noi (proprio noi, uomini e donne) non potremmo esistere, dato che siamo letteralmente "polvere di stelle": siamo fatti di atomi che si sono stati formati nelle stelle (vedi curiosità "Noi siamo figli delle stelle" - settembre 2008).

Fig. 3 - Un iceberg galleggia...
Fig. 3 - Un iceberg galleggia...

Un altro esempio curioso: l’acqua ha una proprietà stranissima: quando diventa solida, cioè quando si forma il ghiaccio, aumenta di volume.
È per questo che il ghiaccio galleggia.
Questo dipende dai legami tra gli atomi di idrogeno e di ossigeno che formano l’acqua.
Se questi legami fossero diversi, un centimetro cubo di ghiaccio peserebbe di più di un centimetro cubo di acqua, e andrebbe a fondo.
Dato che invece il ghiaccio galleggia, può formare uno strato isolante, e far sì che l’acqua di un lago o di un mare non ghiacci completamente, e rimanga liquida, preservando gli organismi che ospita.
Se il ghiaccio andasse a fondo, piano piano i laghi e i mari ghiaccerebbero completamente, e non potrebbero più ospitare forme di vita.

Fig. 4 - Una percezione artistica del Multiverso: ogni "bolla" è un Universo a sè stante, con le proprie leggi ed il proprio spazio-tempo.
Fig. 4 - Una percezione artistica del Multiverso: ogni "bolla" è un Universo a sè stante, con le proprie leggi ed il proprio spazio-tempo.

La presenza della vita sulla Terra dipende quindi da come sono disposti gli atomi di idrogeno e di ossigeno nei cristalli di acqua, cioè nel ghiaccio, e a loro volta questi legami dipendono da come agiscono le forze fondamentali della natura.
Ma perchè allora le costanti fisiche hanno proprio i valori che hanno?
O più in generale: perchè le forze della natura sono quelle che conosciamo e non altre? E perchè hanno potuto generare delle stelle con attorno dei pianeti che ospitano delle forme di vita, e tra queste l’uomo?
È un caso oppure c’è un progetto?
Nel primo caso il nostro universo sarebbe veramente improbabile... con tutte le possibilità che ci sono, perchè è nato proprio un Universo adatto a noi?
E nel secondo caso, preferito da chi crede, il nostro Universo era veramente l’unica possibilità? E siamo sicuri di essere, noi, così importanti?
Per risolvere questo dilemma gli scienziati hanno invece proposto una terza soluzione.
Hanno pensato che in realtà di Universi ce ne sono tanti, ognuno con delle costanti fisiche un po’ diverse, o addirittura con delle leggi fisiche diverse.
Nella stragrande maggioranza di questi Universi la vita non è potuta nascere, in pochi altri si è sviluppata, ma in modo diverso dal nostro, altri ancora sono vissuti solo per poco tempo, prima di ricollassare su se stessi, in altri l’espansione iniziale è stata così forte da disgregare il gas primordiale, che non ha mai potuto condensarsi.
Esisterebbero quindi innumerevoli altri Universi, che formerebbero il "Multiverso".
E come facciamo a sapere se gli scienziati che hanno proposto il Multiverso hanno ragione?
È difficile dirlo, perchè questi altri Universi potrebbero aver costruito il proprio spazio e tempo, completamente disgiunti dal nostro spazio e dal nostro tempo...
In questo caso non potremmo mai prenotare un viaggio nell’Universo X o Y.
Ma queste idee sono solo agli inizi, e chissà cosa ci riserverà il prossimo futuro...

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