Universi Paralleli - Tesina per Liceo Scientifico

Benedetti Elisa

Universi paralleli

Alla ricerca di risposte nel

Multiverso

Tesina per l’Esame di Stato 2011/2012

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Indice

Introduzione................................................................................................................................3

Alla ricerca dei mondi paralleli (Teoria del Multiverso, Ucronie, Utopie e Distopie)

• Da Newton alla fisica moderna................................................................................................4
• La teoria dei molti mondi di Everett........................................................................................6
• Ucronie: La Svastica sul Sole e Il Giardino dei Sentieri che si Biforcano..............................9
• Le utopie e il loro utilizzo nella filosofia...............................................................................13
• Distopie: 1984 e V per Vendetta............................................................................................14
• La teoria del caos e il meccanismo delle ucronie...................................................................17
• Come opera la natura secondo il principio antropico e Bergson............................................18
• L’universo non è altro che un’enorme biblioteca...................................................................19
• Multiverso di Livello I............................................................................................................21
• Multiverso di Livello II..........................................................................................................22
• Multiverso di Livello III e IV.................................................................................................24

La trama del cosmo (Dalla Teoria delle Stringhe al Multiverso)

• Alla ricerca della teoria unificata di campo............................................................................25
• La teoria delle superstringhe..................................................................................................27
• Un mondo a nove dimensioni.................................................................................................28
• Il multiverso secondo la teoria delle stringhe.........................................................................31

Sul filo del rasoio

Esistono gli Universi Paralleli?..........................................................................................................34

Bibliografia................................................................................................................................37

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“Viviamo in un mondo che ci disorienta con la sua complessità.

Vogliamo comprendere ciò che vediamo intorno a noi e chiederci:

qual è la natura dell’universo? Da che cosa ha avuto origine l’universo

e da dove veniamo noi? Perché l’universo è così come lo vediamo?”

Stephen W. Hawking

Da sempre, nel corso della storia, gli uomini hanno cercato di capire l’origine dell’universo e i meccanismi che lo governano. Forse più di ogni altra questione, questa accese la fantasia dei nostri lontani progenitori e ancora oggi ispira la ricerca dei cosmologi. Il mistero dell’universo, infatti, racchiude in sé tutte quelle domande fondamentali che da sempre l’umanità si pone: perché esistiamo? Chi ci ha creato? Perché la natura funziona in questo modo? L’universo è finito o c’è qualcun altro oltre a noi in questo spazio sconfinato?

L’umanità si pone queste domande fin dalla nascita del primo pensiero razionale e tutt’oggi questi quesiti continuano ad assillare ricercatori e cosmologi. La ricerca di risposte sembra essere un bisogno fondamentale per l’uomo, la scienza stessa progredisce ponendosi determinate domande e andando in cerca della loro soluzione. Ognuno a modo suo nel proprio piccolo intraprende questa ricerca, che a volte, con i mezzi a propria disposizione, non è possibile portare a termine e bisogna quindi trovare altri modi per giungere a tali risposte.

Per questo l’uomo crea nella propria mente dei mondi alternativi e solo in essi riesce a rispondere con precisione ai quesiti che lo assillano, perché in questi universi paralleli ognuno decide come le cose devono funzionare.

Spesso gli uomini raccolgono le loro perplessità e le nascondono abilmente nelle pagine di un racconto, delineando a volte anche un’ipotetica strada per risolverle. Alla fine, quindi, tutte le finzioni narrative non sono altro che questo: un tentativo di fare luce su misteri della vita, in modo alternativo a quello della scienza. Per questo è utile esaminare libri significativi che aiutano a capire le paure, i desideri e le domande che lo scrittore ha dentro di sé e che a volte rappresentano anche gli stessi sentimenti che albergano nella gente della sua epoca.

Inoltre questi scritti hanno spesso spiccate somiglianze con le teorie scientifiche sul multiverso che di recente si stanno sviluppando sempre di più. Il fatto che anche la scienza si sia addentrata nello studio degli universi paralleli, che potrebbe sembrare una teoria puramente fantastica, è una conferma del fatto che a volte l’uomo si addentra nel campo dell’impossibile per trovare risposte, e ciò che lo spinge a farlo è proprio quella brama di sapere che anima la vita di ciascuno.

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Alla ricerca dei mondi paralleli

Teoria del multiverso, ucronie, utopie e distopie

“Ciò che non può esistere in un mondo potrebbe esistere in un altro.

Ciò che non esiste in un secolo può esistere nei secoli futuri.

Le cose della vita non sono tanto semplici, e non dobbiamo stupirci

di fronte a ciò che non ha spiegazione.”

Santiago Garcia-Clairac

Da Newton alla fisica moderna

L’universo è stato al centro dell’attenzione umana fin da quando i nostri antenati alzavano gli occhi al cielo, chiedendosi cosa fossero quei puntini luminosi che schiarivano la notte e quell’enorme palla di luce che illuminava le loro giornate. Ma la prima vera definizione di Universo fu fornita dalla scuola dei pitagorici nel 500 a.C. che lo vedevano come il tutto, non solo ciò che esiste, ma anche ciò che non esiste, ciò che è in atto e anche ciò che è in potenza. Anche il quesito sulla finitezza dell’universo era già alla base di discussioni e di disquisizioni filosofiche fin da Aristotele nel 300 a.C. che riteneva la finitezza un attributo fondamentale dell’universo, perché solo così lo spazio può essere completo e perché, se fosse infinito, non esisterebbe certezza alcuna. Ma altri filosofi, come ad esempio Spinoza, vedevano nell’universo la più alta incarnazione di Dio, sostenendo che lo spazio e la sostanza che lo forma non possano che essere infiniti. Lo studio filosofico della natura e dello spazio andò pian piano ad assumere una struttura matematica e nacque così una scienza che si sarebbe dedicata allo studio del funzionamento dell’universo e dei suoi meccanismi: la fisica.

Col celebre fisico Isaac Newton (1642 - 1727), famoso per aver formalizzato i principi della legge di gravità, iniziò l’era della fisica dei macrosistemi, cioè lo studio della realtà così come la vediamo, in cui tutto è certo e prevedibile perché regolato da leggi ben precise.

Questa visione deterministica del mondo venne rivalutata agli inizi del XX secolo, quando Albert Einstein (1879 - 1955) mostrò che energia e massa non erano altro che due facce della stessa moneta ed espresse questa scoperta con la celebre formula E=mc² (dove la costante “c” indica la velocità della luce). Einstein è famoso nel mondo scientifico per aver formulato le due teorie della relatività (ristretta e generale), nelle quali l’universo è descritto come un luogo in cui la luce si piega e dove spazio e tempo si fondono in un unico continuum che si deforma in base alla massa dei corpi che vi vengono immersi. L’energia si propaga in pacchetti chiamati quanti e le particelle elementari si comportano in modo inusuale, a volte assumendo i comportamenti dei fenomeni ondosi e altre volte quelli delle particelle che noi conosciamo. Queste due teorie ebbero la capacità di

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rivoluzionare per ben due volte la visione dello spazio e del tempo che secondo Newton e la fisica classica erano il teatro di tutti i fenomeni naturali e che con le teorie della relatività si fondono per diventare uno dei protagonisti fondamentali della fisica.

Poi fu la volta di Erwin Schrödinger (1887 - 1961), il quale scoprì che nel mondo dei quanti tutte le volte che una particella, come un elettrone, si trova davanti a una scelta, ad esempio il passaggio attraverso uno dei due fori di una lamina, in realtà non sceglie l’una o l’altra via contemporaneamente come ci suggerirebbe il buon senso, ma passa attraverso entrambi i fori anche se noi osserviamo ben altro.

Secondo la fisica quantistica le particelle viaggiano da un punto all’altro seguendo tutte le possibili traiettorie. In particolare questo elettrone passa attraverso entrambe le fenditure della lamina

Dopo aver fatto queste osservazioni, Schrödinger riuscì a dimostrare che tutte le particelle subatomiche sono rappresentabili attraverso una funzione d’onda probabilistica: l’equazione di Schrödinger. Questa funzione d’onda descrive tutte le possibili traiettorie che una particella può seguire per spostarsi da un punto ad altro e quindi indica tutte le traiettorie che, secondo la teoria di Schrödinger, vengono percorse.

Dal canto suo il fisico Werner Heisenberg (1901 - 1976) formulò il principio di indeterminazione di Heisenberg, nel quale viene sostenuta la teoria secondo la quale non è possibile conoscere la posizione esatta delle particelle che sono in costante movimento, si può parlare unicamente di probabilità di trovare una particella in un determinato punto nello spazio, l’insieme di tutte queste posizioni viene chiamata “nube di probabilità”.

Con Schrödinger e Heisenberg il mondo fisico divenne un luogo descritto da una sovrapposizione di stati quantistici, un mondo in cui nulla è prevedibile con certezza. Infatti entrambi questi personaggi, che hanno contribuito allo sviluppo della fisica quantistica, parlano di probabilità e ciò sconvolge fisici del calibro di Einstein che si rifiutano di accettare questo aspetto probabilistico della fisica, perché presupporrebbe l’inesistenza di conoscenze certe.

Nel 1927 Niels Bohr (1885 - 1962) formulò la sua interpretazione di Copenaghen (chiamata così in onore del paese in cui il fisico era nato e vissuto). Per spiegare misteri quantistici, come il passaggio simultaneo di una particella attraverso due fori distinti, Bohr ipotizzò che le particelle

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quantistiche si comportassero come onde probabilistiche quando le si ignorano, mentre assumono caratteristiche di particelle quando le si guardano. In pratica, finché non si effettua una misura per determinare in quale dei due fori sia passato l’elettrone non si può sapere quale sarà la sua traiettoria, quindi si sostiene che passa attraverso entrambi i fori.

Questa teoria suscitò la reazione di molti fisici e fra cui ancora una volta Einstein il quale, sebbene avesse contribuito a far nascere la fisica quantistica, iniziava a dubitare della sua funzionalità perché anche un rivoluzionario come lui non poteva accettare che tutto fosse probabile ma non certo, se non quando veniva osservato da qualcuno. La critica che mosse all’idea di Bohr era che, se l’interpretazione di Copenaghen fosse stata vera, allora la realtà non esiste in quanto tale, ma dipende fortemente dalla presenza di un osservatore, il che è come dire che si può cambiare il modo solamente con uno sguardo. Bohr in realtà fu l’unico a prendere in considerazione il cervello dell’osservatore come insieme di particelle che seguono anch’esse le leggi della fisica quantistica.

Quindi il mondo come lo conosciamo è il risultato dell’interazione fra la luce e il nostro cervello, il che porta a un altro paradosso, perché sarebbe come dire che il nostro mondo, noi compresi, non esiste senza la luce, ma che la luce non esiste se noi non la osserviamo.

Insomma, tutta questa storia ci fa capire che c’è una discrepanza insita nella fisica quantistica fin dalla sua nascita, è una contraddizione fra ciò che accade nel mondo microscopico, dove tutte le possibilità si realizzano, e quello macroscopico, in cui l’esito di qualsiasi esperimento quantistico è sempre e solo uno.

La teoria dei molti mondi di Everett

Furono queste “cose ridicole sulle implicazioni della meccanica quantistica” che incuriosirono il giovane studente americano Hugh Everett III (1930 - 1982) che espose queste sue perplessità in una dissertazione, dopo aver scritto di questi suoi dubbi ad Einstein in persona. Nella realtà di tutti i giorni non vediamo il realizzarsi di innumerevoli possibilità, ma ciò che constatiamo è un dato unitario e definito, quindi le equazioni della meccanica quantistica funzionano solo per una parte della realtà, quella subatomica, cessando di essere rilevanti nel mondo macroscopico.

Come spiegare l’emergere del mondo unico della nostra esperienza dalla molteplicità di alternative disponibili nel mondo quantistico?

L’idea rivoluzionaria di Everett fu quella di farsi le domande giuste, che nessuno aveva mai avuto il coraggio di porre e una delle più importanti fu quella di chiedersi come apparirebbe un mondo in cui nessun elemento della sovrapposizione di stati venisse escluso dalla realtà.

Con questo presupposto, ogni osservatore rileva solo una frazione della realtà, una soltanto delle molte possibilità previste dalla sovrapposizione di stati. Quindi, la realtà si biforca in tanti rami

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diversi e ciascuno imbocca un futuro differente, indipendente dagli altri, in cui le particelle agiscono in un modo soltanto fra i tanti previsti. Noi non possiamo percepire gli altri rami della realtà e loro non possono percepire il nostro, perché ogni copia vede se stessa come unica e vede il caso osservato come l’emergere di una realtà fra le tante previste dalla sovrapposizione di stati. Nella realtà complessiva, invece, si realizza anche ogni altro stato e si ritrova una coerenza fra mondo microscopico e mondo macroscopico. Si può dire che la meccanica quantistica aveva già in sé la teoria dell’esistenza degli universi multipli e che Hugh Everett non ha fatto altro che tirarla fuori da essa.

Interpretazione dei molti mondi di Hugh Everett che si biforcano a formare nuovi universi in cui tutte le possibilità si realizzano.

Un esempio famoso di diversi universi quantistici è quello descritto negli anni trenta dallo stesso Schrödinger, che prende in esame il problema della sovrapposizione di stati nel mondo quantistico e di come questo fatto si ripercuote sul mondo macroscopico.

La fisica quantistica, così come questa sua implicazione, è molto complicata da comprendere perché è inusuale e spesso si scontra con la normale concezione che l’uomo ha del mondo in cui vive. Per questo nel suo scritto Schrödinger descrisse un esperimento strettamente legato a fatti concreti per far comprendere meglio ai lettori le sue ipotesi, questo è il famoso esperimento

7 Schrödinger’s Cat

(fortunatamente puramente teorico) che prese il nome di (Il Gatto di Schrödinger).

Immaginiamo di chiudere in una camera d’acciaio un gatto, assieme a un diabolico marchingegno la cui attivazione è basata su un processo quantistico. Per esempio, prendiamo la famosa lamina con due fori distinti e un elettrone che vi passi attraverso; l’elettrone quando incontra la lamina può comportarsi in due modi differenti che si verificano con identica probabilità: o deviare verso il foro di destra e attivare il marchingegno, oppure attraversare il foro di sinistra senza far accadere alcunché. Il macchinario posto nella stanza con l’animale può rimanere spento, lasciando che il gatto rimanga vivo, o può essere attivato, innescando così la liberazione di una sostanza tossica per il gatto, che perderà una delle sue sette vite. Essendo questo esperimento basato su un processo quantistico i due esiti non si escludono a vicenda, ma coesistono in una sovrapposizione di stati; quindi l’elettrone passa sia a destra sia a sinistra, ciò comporta che il marchingegno sia attivo e disattivo allo stesso tempo e per questo il gatto è MORTO + VIVO e finché non verrà effettuata una misura di ciò che è successo, in altre parole finché non si entrerà nella stanza per controllare le condizioni di salute del gatto, non si può sapere cos’è accaduto. A questo punto, secondo la teoria dei mondi multipli di Everett, è necessario fare una precisazione importante: ciò che viene verificato entrando nella camera non è altro che uno dei due rami di una realtà complessiva dove coesistono due mondi distinti in cui il gatto è rispettivamente vivo e morto.

Schema del funzionamento dell’esperimento del Gatto di Schrödinger: il gatto è sia morto che vivo

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Questo esempio del Gatto di Schrödinger colpisce direttamente l’esperienza di tutti noi che

sappiamo che un gatto è vivo o è morto e non può essere entrambe le cose contemporaneamente e per questo è diventato una specie di simbolo pragmatico utilizzato per far comprendere meglio la dicotomia insita nella meccanica quantistica, risolvibile con la teoria dei molti mondi di Everett.

Ucronie: La Svastica sul Sole e Il Giardino dei Sentieri che si Biforcano