Multiverso: L'idea che un tempo era pericoloso negare

Nel 1277, il vescovo di Parigi annunciò che qualsiasi studioso che insegnava lì poteva essere un solo universo a rischio di scomunica – perché questa affermazione negava a Dio il potere di creare tanti mondi quanti desiderava. Secoli prima di telescopi o satelliti, il multiverso era già un argomento abbastanza serio da mettere in pericolo le carriere.

Oggi il multiverso è un angolo genuino, anche se contestato, della fisica: una famiglia di idee su perché il nostro universo potrebbe non essere l'unico, costruite sulla teoria dell'inflazione, la meccanica quantistica e la ricerca di deboli schemi nella luce più antica del cielo. Nulla di questo è scienza consolidata, e alcuni dei critici più forti sono i fisici stessi. Ma la storia di come l'idea è arrivata qui, e cosa la gente ha effettivamente cercato di testare, è più strana della maggior parte della fantascienza.

La nozione che la realtà potrebbe contenere più di un universo non è un'invenzione moderna. Risale agli stessi antichi pensatori greci che per primi fluttuarono l'esistenza degli atomi – ragionando che se la materia potesse essere costruita da pezzi indivisibili sparsi attraverso lo spazio infinito, non c'era una ragione ovvia per cui quello spazio dovesse contenere solo un cosmo.

Non tutti erano d'accordo. Aristotele ha spinto indietro con forza, insistendo che la logica stessa richiedeva un singolo universo e nulla di più. Il suo argomento prevalse per più di mille anni, plasmando il pensiero occidentale così profondamente che nel Medioevo era diventato quasi dottrina ufficiale – fino a quando la chiesa stessa ha deciso diversamente. La dichiarazione del 1277 del vescovo di Parigi ha completamente rovesciato lo script: improvvisamente era la visione dell'universo unico di Aristotele quella che era la posizione rischiosa da difendere, poiché sembrava mettere un limite al potere divino.

Il termine "multiverso" stesso precede il dibattito scientifico moderno di decenni. È stato il filosofo e psicologo americano William James a usare per primo la parola, nel 1895 – anche se intendeva qualcosa di abbastanza diverso da universi bolla o rami quantistici. La fisica non avrebbe raggiunto il vocabolario per gran parte di un secolo.

Le moderne teorie del multiverso risalgono principalmente all'inflazione: l'idea che l'universo in fase infantile ha subito un'ondata di espansione estremamente rapida, elaborata dai fisici Alan Guth e Andrei Linde, tra gli altri, non molto tempo dopo il 1980. Quella singola idea ha rimodellato il modo in cui i fisici immaginano i primi momenti dopo il Big Bang.

Ecco la parte che conduce direttamente a un multiverso: l'inflazione non deve finire ovunque allo stesso tempo. Nel nostro vicinato cosmico, si è fermato 13,7 miliardi di anni fa, ma i calcoli suggeriscono che sta ancora accadendo in regioni lontane, continuamente creando nuove "normali" tasche di spazio-tempo come la nostra. Se quel quadro regge, l'intero universo osservabile è solo una bolla in un mare infinitamente ondeggiante, e possiamo solo vedere una piccola parte della bolla in cui accade di essere.

Questa è un'implicazione genuinamente strana: significa che il Big Bang non era un singolo evento una tantum, ma qualcosa che accade continuamente, da qualche parte, per sempre – solo non ovunque possiamo attualmente puntare un telescopio.

Se altri universi bolla esistono e la nostra bolla ha mai sfiorato uno, ragionavano i fisici, la collisione dovrebbe lasciare un segno sulla radiazione cosmica di fondo – il lontano brillare del Big Bang che riempie l'intero cielo. Quell'idea ha portato a uno dei pochi tentativi genuini di testare il multiverso osservativamente piuttosto che semplicemente discutere su di esso filosoficamente.

Sono apparsi due articoli in due importanti giornali di fisica, Physical Review Letters e Physical Review D, esponendo per la prima volta un vero metodo per cacciare altri universi. Elaborando 7 anni di dati dal satellite WMAP della NASA, il team è venuto con il primo limite superiore su quanti segni di collisione potrebbero nascondersi da qualche parte in quella radiazione di fondo.

Il risultato era un fermo nullo: i dati hanno escluso l'integrazione del modello cosmologico standard con collisioni di bolle e hanno fissato il numero medio di quelli rilevabili nell'intero cielo a meno di 1,6, con il 68% di confidenza. Non è la prova che altri universi non esistono – solo che, se la nostra bolla ha mai scontrato un vicino, i dati WMAP non lo mostrano chiaramente. I ricercatori hanno notato che gli universi bolla che si avvicinano abbastanza possono e si attaccano brevemente insieme, come fanno le bolle di sapone, che è esattamente il tipo di evento per il quale questa ricerca è stata costruita.

Un reclamo separato e non correlato ha brevemente riacceso il dibattito. Dopo aver setacciato lo spettro della radiazione cosmica di fondo, l'astrofisico Ranga-Ram Chary ha segnalato un segnale circa 4.500 volte troppo luminoso, secondo i numeri noti di protoni ed elettroni ritenuti esistenti nei primissimi giorni dell'universo.

Ciò che rendeva interessante l'anomalia era la sua forma: si adattava meglio a un cosmo in cui il rapporto tra particelle di materia e fotoni è circa 65 volte superiore al valore misurato nel nostro universo – non solo un piccolo oscillazione statistica, ma un'incoerenza con un insieme completamente diverso di costanti fisiche. Chary ha stimato le probabilità che fosse semplicemente rumore al 30%, mentre consentiva una possibilità molto più drammatica: che un universo vicino aveva versato alcune delle sue proprie particelle di materia nel nostro.

Chary è stato attento a non esagerare la scoperta, scrivendo che affermazioni così insolite come prove di universi alternativi richiedono un onere della prova altrettanto elevato. Quasi un decennio dopo, nessuna analisi successiva ha confermato il segnale come prova genuina di nulla al di là del nostro universo – un promemoria di come rapidamente un'anomalia affascinante possa svanire una volta che arrivano più dati.

Non ogni idea multiverso proviene dalla cosmologia. La meccanica quantistica ha la sua versione, nata da un puzzle su cosa accade quando viene effettuata una misurazione. Il fisico Hugh Everett ha proposto, nel 1957, che ogni possibile risultato di un evento quantico accade effettivamente, ognuno nella sua propria versione ramificata della realtà – un quadro ora di solito chiamato interpretazione many-worlds, sebbene alcuni fisici si riferiscano ancora ai suoi nomi più vecchi, la formulazione di stato relativa e l'interpretazione di Everett.

Piuttosto che una singola storia che si svolge, il quadro di Everett descrive un albero sempre ramificato di realtà, con ogni versione ugualmente reale per gli osservatori al suo interno. Rimane una delle interpretazioni più dibattute della teoria quantistica proprio perché non può essere testata direttamente – gli altri rami sono, per costruzione, per sempre fuori dalla portata.

Se un multiverso realmente produce innumerevoli universi con diverse costanti fisiche, solleva una domanda ovvia: perché il nostro ha le costanti giuste affinché stelle, pianeti e chimica esistano affatto? Una risposta comune si basa su ciò che è chiamato il principio antropico – il ragionamento che non dovremmo essere sorpresi di trovarci in un universo capace di supportare il tipo di vita che può porre la domanda in primo luogo, per quanto raro un tale universo potrebbe essere tra tutti quelli possibili.

La frase stessa è più giovane di quanto ci si potrebbe aspettare: è apparsa per la prima volta nel contributo del fisico Brandon Carter a un simposio del 1973 a Cracovia, più di un decennio dopo che l'idea sottostante era già fluttuata intorno alla cosmologia. Da allora è diventato uno dei concetti più citati e più dibattuti legati al multiverso – un modo di spiegare la nostra stessa esistenza senza richiedere a chiunque di aver deliberatamente sintonizzato l'universo per noi.

Nulla di questo stabilisce se altri universi siano reali. Ciò che mostra è che il multiverso è passato, per quanto lentamente, da un argomento medievale sui limiti del potere divino a un insieme di previsioni testabili su deboli schemi nel cielo – anche se, finora, questi test continuano a tornare senza un segnale chiaro.

• Long Live the Multiverse! | Scientific American
• The Case for Parallel Universes | Scientific American
• Is our universe inside a bubble? First observational test of the 'multiverse' | ScienceDaily
• First Observational Tests of Eternal Inflation (arXiv)
• Cosmologist thinks a strange signal may be evidence of a parallel universe | phys.org
• Wikipedia: Multiverse
• Wikipedia: Many-worlds interpretation
• Wikipedia: Anthropic principle