Quando l'uomo si soffermò a contemplare IL cielo, IL suo mondo interiore di inquietudini, stupori e paure per una vita aspra e incerta si arricchì di una


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UNIVERSI PARALLELI
Quando l'uomo si soffermò a contemplare il cielo, il suo mondo interiore di inquietudini, stupori e paure per una vita aspra e incerta si arricchì di una dimensione nuova, quella della riflessione, dell'esercizio della ragione nella consapevolezza di esistere al centro di qualcosa di arcano ma enormemente bello: l’universo.
L'idea che questo fosse stato concepito in funzione delle sue esigenze speculative, conforme alla sua razionalità e rispondente alle sue quotidiane necessità appare evidente dalle prime rappresentazioni, che ci mostrano l'universo come un'armonia di sfere concentriche in cui confinare le diverse manifestazioni del reale, dalle più basse alle più eccelse. Il naturale anelito dell'uomo verso le sfere più alte, quelle di maggiore purezza e perfezione, è un esempio di come il suo modo di vivere e pensare fosse condizionato dalla certezza, per lo più dogmatica, di essere alla mercé di un mondo lontano. Per secoli la reale o presunta disposizione degli astri è stata, e lo è ancora, presagio di eventi e oggetto di credenze di grande impatto psicologico, anche se scientificamente infondate.

L'influenza dell'universo lontano, però non è solo di natura psicologica, ma anche una tangibile realtà. Dopo Johann Kepler nel 1610 ed Edmund Halley nel 1720, Philippe L. de Chèsenaux nel 1744 e H. Matthias Olbers nel 1826 notarono che se l'universo fosse stato, come si pensava, immobile ed eterno nella sua perfezione e con un numero infinito di stelle, le notti non sarebbero state buie, ma al contrario luminose come un giorno infuocato, rendendo la vita stessa impossibile.
Si dovette attendere la scoperta fatta da Edwin P. Hubble nel 1929, che l'universo è in espansione e che ogni sua parte si allontana da noi tanto più velocemente quanto più essa è lontana - e combinarla con il fatto che ogni sorgente luminosa ha una vita limitata nel tempo - per capire che le notti sono buie proprio per questo motivo.

L'universo lontano, quindi, ci condiziona ed è pertanto legittimo chiederci se il nostro essere quotidiano non sia influenzato, in qualche modo, da altri mondi remoti o da universi paralleli.
L'evoluzione della scienza, e con essa la maggior consapevolezza che la realtà fisica è sempre meno rappresentabile mediante schemi elementari e facili semplificazioni, anziché rimuoverla come mera astrazione speculativa, ha visto l'idea di "universi paralleli" evolversi verso forme concettualmente più elaborate e quindi più ricche di capacità interpretative. Chiaramente non è possibile verificare l'esistenza di altri universi mediante la sperimentazione; perciò, prima di adottare quest'ipotesi come base interpretativa del mondo osservato, occorre ancorarne le suggestioni a uno schema logico consistente con le leggi fisiche, respingendo modelli astratti e inutilmente fantasiosi.
L'idea più semplice di universi paralleli ci viene dalla cosmologia, e riflette il tentativo di liberarci dalla necessità di credere ancora in un mondo fatto appositamente per noi. La vita sulla Terra, e con essa il nostro modo di vedere e interpretare la realtà, è il risultato di circostanze così specifiche e di condizioni così restrittive da rendere l'universo in cui viviamo un evento di per sé altamente improbabile.

Si suppone allora che tanti universi, forse infiniti, appaiono continuamente come bolle in un substrato cosmico primordiale in espansione e soggetto a sporadici cambiamenti di stato. Ognuna di queste bolle, dopo essersi formata, si espande a sua volta secondo modalità dettate dalle condizioni iniziali, innescando l'evoluzione di un mondo fisico a se. Noi vivremmo in uno di questi mondi in cui si sono instaurate, tra le infinite condizioni possibili, quelle giuste per farci essere come siamo.

In questa visione di molti universi, il nostro non sarebbe il risultato di un singolo evento che richiederebbe un disegno preordinato difficilmente giustificabile, ma solo uno dei tanti universi, ciascuno retto da condizioni del tutto casuali.



La convivenza di mondi paralleli, per quanto suggestiva, è irrilevante dal punto di vista osservativo, a meno che qualcuno di questi universi non interagisca in qualche modo con il nostro. Come potremmo accertare se l'universo in cui ci troviamo non sia il risultato della coalescenza di due mondi inizialmente diversi, oppure semplicemente che esso sia pericolosamente vicino a un altro? Le osservazioni astronomiche sono oggi sufficientemente ricche e complesse da consentire una ricerca atta a riconoscere o meno i segni della coalescenza di universi bolle o di una loro interazione a distanza; tuttavia l'impatto interpretativo di queste ipotesi è ancora assai marginale rispetto alle teorie correnti.
Dalle prime osservazione del moto delle galassie negli ammassi e quindi dai dati sulle curve di rotazione delle stesse che, dal 1970 hanno polarizzato l'attenzione degli astronomi, si ha oggi la certezza che il contenuto del nostro universo sia costituito per quasi il 90 per cento da materia invisibile, la celebre "materia oscura", che rivela la sua presenza solo mediante effetti gravitazionali.

Le curve di rotazione delle galassie, cioè il valore della velocità di rotazione delle loro componenti visibili in funzione della distanza dal centro, hanno in media un comportamento molto diverso da quello atteso. Esse infatti non decrescono verso valori piccoli della velocità via via che ci si allontana dal corpo luminoso della galassia, ma rimangono pressoché orizzontali, indicando un valore grosso modo costante della velocità fino a distanze parecchie volte più grandi delle dimensioni visibili delle galassie. Ciò dimostra che la sorgente di campo gravitazionale non può essere solo la materia luminosa, perché questa risulta avere una massa molto minore di quanto non si deduca dalla dinamica dei suoi elementi e, cosa assai più importante, di quanto sia necessario per assicurare alle galassie la loro compattezza e stabilità. Le osservazioni astronomiche mostrano quindi la presenza di un'entità indecifrabile, che accompagna e inviluppa la materia luminosa di un alone la cui natura e origine sono tuttora fra i problemi irrisolti della cosmologia moderna.
Le proposte interpretative sono numerose ed in prevalenza intese ad attribuire alla materia oscura una natura particellare. Ognuna di queste ipotesi porta con se implicazioni di tipo osservativo che però finora appaiono verificate solo parzialmente, impedendo un'interpretazione univoca e consistente del mondo fisico. Ipotesi di tipo non particellare hanno contemplato una modificazione della legge newtoniana della gravitazione su scala galattica, e anche la collisione del nostro universo con uno parallelo, retto da differenti leggi fisiche.



Il diagramma di Penrose fornisce una rappresentazione globale dello spazio-tempo di Schwarzchild. Il moto fisico è consentito solo all'interno dei coni di luce. I due universi U1 e U2 si sovrappongono solo nella regione del buco nero, compresa fra l'orizzonte degli eventi e la singolarità di curvatura. Poiché è possibile muoversi solo rimanendo all'interno del cono di luce, un astronauta che provenga da U1 e che cada nel buco nero può incontrare un suo collega preveniente dall'universo parallelo U2 prima di finire sulla singolarità, da non consentire alla sua materia di emetter e assorbire radiazione. Le osservazioni mostrano però che la materia oscura risponde alla stessa legge universale della gravitazione che regola il nostro mondo in tutte le sue parti, per cui, nell'ipotesi di collisione con universi differenti, occorre ritenere che questi ultimi obbediscano alle stesse leggi fisiche del nostro universo. Ciò darebbe a esso una centralità troppo in contrasto con la completa casualità nella formazione degli universi-bolle; pertanto la possibilità che il nostro universo sia il risultato di una collisione è concettualmente remota.
Se il nostro universo, pur non contaminato dal contenuto di uno parallelo, è tanto vicino a esso da sentirne l'effetto gravitazionale, di nuovo assumendo che esso generi un tale campo nel suo insieme, allora dovremmo osservare un'anisotropia su grande scala derivante da deformazioni dovute agli effettti di marea.

Al momento le osservazioni non consentono di giungere a tale conclusione, per cui anche l'esistenza di altri universi oltre al nostro rimane solo un'ipotesi suggestiva. Ciononostante, l'idea che esistano universi paralleli, di origine e natura differenti, a cui si possa accedere dal nostro o che influenzino questo tramite connessioni permesse dalla fisica, pare non soccombere al vaglio della ragione, ma anzi radicarsi tanto più nell'immaginario scientifico quanto più il panorama del mondo fisico, dal macrocosmo all'infinitamente piccolo, appare complesso.

Tuttavia, quest'idea è resa plausibile dalle equazioni di Einstein. Queste formano un sistema di dieci equazioni differenziali non lineari del second'ordine, le cui soluzioni vengono chiamate genericamente "universi". A seconda delle ipotesi sui termini di sorgente e sulle condizioni di contorno, le equazioni di Einstein ammettono diverse soluzioni: decidere quale di queste sia fisicamente accettabile è compito difficile e non privo di ambiguità. Il criterio di selezione è quello della compatibilità delle soluzioni con quell'assetto logico che è il costrutto delle leggi fisiche, le quali per contro impongono rigidi vincoli, giustificati dall'esperienza, ma anche da convinzioni preconcette. Infatti, gli universi che noi rigettiamo solo perché non hanno certi requisiti di plausibilità possono trovare legittimazione non appena questi requisiti mutano a seguito di nuove conoscenze.





Rappresentazione globale del collasso di una stella sferica in un buco nero di Swarzchild.

Se la singolarità di curvatura (r = 0) è attraversabile, allora è possibile che l'informazione contenuto nella stella si propaghi in un universo parallelo o in una zona remota dell'universo di partenza
Un caso esemplare, in tal senso, è fornito del concetto di positività dell'energia.

A lungo si è ritenuto che qualunque campo fisico dovesse soddisfare la condizione che la pressione non fosse maggiore di un terzo della densità di energia. Ma, nel 1961, Yaakov B. Zel'dovich trovò un modello di configurazione quantistica in cui la pressione può essere uguale alla densità di energia; ciò fece venir meno il vincolo in precedenza imposto alle soluzioni e assicurò un ampio criterio di plausibilità.

Un'altra condizione fortemente radicata è che in un mondo fisico accettabile sia sempre soddisfatta la non negatività della densità di flusso di energia e di momento lungo qualsivoglia direzione spazio-temporale, sia esso di tipo tempo, cioè percorribile da particelle massicce, sia di tipo luce, ossia percorribile da ogni forma di radiazione e da particelle senza massa. Più recentemente si è imposta una nuova condizione, meno restrittiva delle precedenti, secondo la quale è sufficiente che sia sempre positiva la media dell'energia di un dato sistema fisico, lungo tutto il corso della sua evoluzione spazio-temporale. Tale criterio, introdotto da Frank J. Tipler, richiama un concetto più generale secondo il quale lo stato di un sistema fisico è fissato dalla sua storia passata. Gli universi che non soddisfano queste condizioni, pur esistendo come soluzioni delle equazioni di Einstein, sono ritenuti fisicamente inaccettabili. Tuttavia anche questi criteri vengono violati in numerose configurazioni quantistiche, per cui gli universi che contemplano tale violazione possono essere realtà sperimentabili e in grado di condizionare la nostra visione del mondo.
La caratteristica più innovativa della teoria di Einstein è di ammettere soluzioni corrispondenti a geometrie non elementari, come quelle che descrivono spazi-tempo dotati di cunicoli (in inglese wormholes), cioè di strutture a geometria non semplicemente connessa che formano ponti fra regioni diverse dello stesso universo o fra universi distinti. La più celebre di queste soluzioni è quella di Swarzschild. Essa descrive due universi isometrici, asintoticamente piatti e vuoti eccetto per la presenza della sorgente, che è in questo caso una stella sferica non rotante ed elettricamente neutra. E' noto che se una stella ha una massa tanto grande da generare, nel corso della sua evoluzione, un nucleo di massa superiore a circa 3,7 volte quella del Sole, allora è molto probabile che esso collassi sotto il proprio peso, senza che alcuna forza possa opporvisi. Quando ciò accade, il destino ultimo del nucleo è una concentrazione infinita di materia in un volume nullo, questo è uno stato classicamente non descrivibile in termini fisici e che chiamiamo singolarità di curvatura.

Quando la stella è ridotta a un punto, i due universi appaiono connessi da un cunicolo (spaziale) la cui massima restrizione è nota come "gola di Einstein-Rosen". Questa struttura topologica si evidenzia studiando l'immersione di una qualunque sezione dello spazio-tempo di Swarzschild, caratterizzata da un valore costante della coordinata tempo, in uno spazio euclideo. A dispetto della suggestione della rappresentazione, il cunicolo non è attraversabile perché è ostruito dalla sorgente puntiforme. Tuttavia, benché non siano direttamente connettibili, nel senso che un osservatore non può passare da uno all'altro, i due universi sono assolutamente identici e scegliere di essere noi stessi in uno o nell'altro è totalmente arbitrario. Nel caso in esame, la deformazione dello spazio-tempo conseguente al collasso della stella, causa l'instaurarsi, sulla gola di Einstein-Rosen, di una superficie di non ritorno, "l'orizzonte degli eventi", che impedisce a qualunque segnale di uscire dal suo interno. Si ha cioè la formazione di un buco nero, che in già in quanto tale genera deformazioni mareali tali da annichilire un corpo umano in una frazione infinitesimale di tempo - a meno che non si considerino buchi neri di proporzioni enormi, da diecimila masse solari in su.

Pur ammettendo di riuscire a sopravvivere all'azione distruttrice di un buco nero, qualsiasi cosa attraversi l'orizzonte degli eventi - un astronauta, una particella elementare o un raggio di luce – cessa, comunque, di esistere sulla singolarità. Nondimeno, nel breve intervallo di tempo che precede l'impatto con la singolarità, l'oggetto in esame può scambiare informazioni, e quindi interagire casualmente con entità simili provenienti dall'universo parallelo che si cela al di là della gola di Einstein-Rosen e costrette anch'esse a finire sulla singolarità. Questo esempio di interazione fra universi paralleli, perfettamente plausibile dal punto di vista fisico, rimane non sperimentabile e pertanto ininfluente sulla "vita" degli universi esterni, a meno che la singolarità di curvatura non sia attraversabile e che da essa si possa tornare agli universi di partenza.

Le equazioni di Einstein forniscono soluzioni che prefigurano proprio questo tipo di raccordo fra universi distinti o tra parti lontane di uno stesso universo, purché si superi l'ostacolo della singolarità.

Un'appropriata descrizione di quest'ultima è relegata a una teoria quantistica della gravitazione e quindi a una trattazione in tal senso della geometria.

Poiché la formazione di una singolarità di curvatura, come risultato del collasso gravitazionale, è una conseguenza inevitabile delle condizioni di positività dell'energia già menzionate, potendo queste ultime essere violate in un contesto quantistico, le singolarità classiche diventano strutture quantistiche "non singolari" della geometria.



Perciò la violazione delle condizioni di positività dell'energia permetterebbe l'esistenza di cunicoli spazio-temporali attraversabili e tali da connettere universi paralleli. Tale circostanza, offrirebbe una soluzione del paradosso della perdita dell'informazione conseguente al fenomeno dell'evaporazione dei buchi neri. Sulla base di un'idea di J.D. Bekenstein, Stephen Hawking ha potuto dimostrare che un buco nero, a dispetto della sua stessa definizione, è sorgente di un'emissione termica di particelle che con il tempo ne riduce la massa, e quindi le dimensioni, fino alla sua scomparsa. Il carattere termico della radiazione fa si che l'informazione, inizialmente codificata nelle proprietà geometriche del buco nero, alla fine si perda violando il principio fondamentale della sua conservazione. Poiché la singolarità al centro del buco nero è, dal punto di vista quantistico, un tunnel che, come già detto, può portare in punti diversi del nostro universo o in un altro a esso parallelo, alla fine dell'evaporazione è lecito supporre che non vi sia stata una perdita di informazioni, bensì solo una sua dispersione nell'altro universo - o nel nostro stesso ma altrove - secondo modalità ancora non note.

Indubbiamente, questa visione della realtà microscopica è molto stimolante e ricca di implicazioni. La più ovvia è che la geometria di base del nostro universo sia corrotta a scale molto piccole, specificamente alla scala di Planck (10^-33 cm), in una struttura molteplicemente connessa caratterizzata da un intrico di cunicoli che collegano, porzioni diverse dello stesso universo oppure universi paralleli. Ciò è dovuto alla presenza di fluttuazioni quantistiche di materia-energia che a questa scala sono di grandissima intensità e pertanto in grado di alterare la geometria secondo le equazioni di Einstein, formando cunicoli attraversabili. Lo spazio-tempo, a queste scale, acquista una struttura "spugnosa", in cui l'informazione, comunque definita, si diffonde nel nostro universo o in altri - e viceversa - attraverso questi cunicoli, quasi fossero capillari nel tessuto strutturale del mondo fisico.

Può dunque il collasso gravitazionale far si che la materia che una volta era una stella sia ridotta, alla fine, a pura geometria e che il suo stato finale sia la dissoluzione del contenuto informativo nell'intrico quantistico di cunicoli attraverso i quali esso si ridistribuisce altrove nel nostro universo, o in qualche universo parallelo al nostro?

Può essere che, per lo stesso motivo, noi riceviamo da universi paralleli o da regioni distanti del nostro universo informazioni e stimoli di cui ancora non abbiamo coscienza ?
[Testo tratto – e adattato - da: "Le Scienze" n. 348, agosto 1997]

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