Lo scorso marzo ho partecipato a Palermo a un evento del ciclo “Cogito – Un aperitivo per la mente“, parlando tra le altre cose di universi paralleli e teoria del multiverso. Al termine della serata, gli spettatori hanno potuto scrivere le loro domande sull’argomento, che gli organizzatori mi hanno poi girato. Ho pensato di riportare qui la maggior parte di esse, insieme alle mie riposte, come una sorta di FAQ ai temi esposti nel mio libro Universi paralleli. Ulteriori domande possono essermi inviate usando il form “Contatti” su questo sito: risponderò pubblicandole man mano in questa pagina.
1. Come si pone uno scienziato in rapporto alle teorie religiose che ci pongono al primo posto dell’evoluzione?
C’è una tendenza a credere che non sia possibile alcuna conciliazione tra scienza e fede, ma è una credenza sbagliata: se guardiamo perlomeno a quanto afferma la Chiesa negli ultimi decenni, scienza e fede sono due diversi modi di accostarsi alla verità. Da persone di scienza, si deve ambire a poter spiegare la realtà senza prendere in considerazione alcun tipo di causa ultima di tipo metafisico, ma ciascuno può conservare la propria feda nell’esistenza di un Dio creatore. La Chiesa ha accettato da tempo l’evoluzionismo e le prove a suo sostegno, con la differenza che, mentre lo scienziato vede nel processo evolutivo una completa casualità, le persone di fede vi leggono invece la realizzazione di un progetto. È un’interpretazione, non una teoria scientifica. Come tale, può essere o meno accolta senza entrare in contrasto con le evidenze empiriche.
Nel caso dell’ipotesi del multiverso, si è talvolta affermato che si tratti di un escamotage per negare l’esistenza di un “disegno intelligente” nell’universo, evidente dal fatto che i valori dei parametri fondamentali nel nostro universo sono tali da permettere alla vita come la conosciamo di esistere (per i sostenitori del multiverso, ciascun universo possiede invece valori diversi). Ma alcuni rappresentanti della Chiesa di recente – in particolare alla Specola Vaticana, l’osservatorio astronomico della Santa Sede – hanno fatto importati aperture nei confronti del multiverso, proprio sulla base del principio che la religione non può porre limiti a ciò che la scienza scopre, ma solo interpretazioni di quelle scoperte e teorie.
2. Un astronomo sostiene che l’universo è piatto, le risulta?
L’universo sembra effettivamente essere piatto, il che non è la stessa cosa che dire che la Terra è piatta. La “piattezza” dell’universo fa riferimento alla sua geometria, che è di tipo euclideo, la stessa di quella che studiamo a scuola e che possiamo riprodurre su un foglio di carta (che è, appunto, piatto). Se l’universo avesse una geometria sferica, sarebbe “chiuso”, il che vuol dire che in un tempo finito la sua espansione s’interromperebbe e s’invertirebbe, per finire in un Big Crunch (l’opposto del Big Bang); se avesse una geometria iperbolica, sarebbe “aperto”, e pertanto continuerebbe a espandersi all’infinito.
3. Quale risposta darebbe al “Paradosso di Fermi”?
C’è un libro molto bello di Stephen Webb, Se l’universo brulica di alieni… dove sono tutti quanti? che elenca decine di possibili risposte al paradosso di Fermi, ossia alla domanda su dove siano le civiltà extraterrestri che supponiamo riempire l’universo. Personalmente sono portato a immaginare due possibilità: la prima è che la loro tecnologia sia talmente evoluta da sfuggire ai nostri primitivi tentativi di captarla con i radiotelescopi (per esempio potrebbero aver miniaturizzato se stessi fino alle dimensioni di grosse molecole, per viaggiare facilmente a velocità relativistiche, e magari sono intorno a noi e non li vediamo); la seconda è che si sono resi conto che il viaggio interplanetario è troppo complesso e tutto sommato inutile, che tanto vale godersi il pianeta che l’evoluzione ha concesso loro di occupare e magari si trastullano in ricerche scientifiche e domande esistenziali sotto forma di puri cervelli fluttuanti nell’aria o simulazioni in una realtà virtuale.
4. La teoria delle stringhe è falsificabile sperimentalmente? Usando il “Principio del rasoio di Occam”, l’ipotesi di Copenaghen non è quella preferibile?
Per rispondere a entrambe le domande di sopra: il dibattito sulla falsificabilità della teoria delle stringhe è più vivo che mai, e sull’argomento alcuni fisici di peso (George Ellis, Joe Silk, Roger Penrose, Lee Smolin) hanno recentemente preso posizione molto duramente nei confronti della teoria delle stringhe (o teoria M nella sua formulazione più avanzata), sostenendo che non sia vera scienza, proprio perché non in grado di fare previsioni che possano essere testate. Gli stringhisti respingono le accuse al mittente sostenendo che la matematica della teoria è coerente e autoconsistente, e che questo di per sé dovrebbe bastare. Vero è che uno dei principali pilastri sui cui si basa la teoria, ossia la supersimmetria, che prevede l’esistenza di una simmetria tra le due famiglie di particelle elementari (fermioni e bosoni), è oggi in crisi a causa della mancata scoperta delle particelle previste dalla teoria all’interno dell’acceleratore di particelle LHC. Se la supersimmetria si rivelasse un abbaglio – e questo può essere verificato in tempi ragionevoli – la stessa teoria delle stringhe/teoria M entrerà in crisi e dovrà essere o riformulata o abbandonata.
Sulla questione dell’ipotesi di Copenaghen come alternativa più valida dell’ipotesi dei molti mondi di Everett-DeWitt, senz’altro la maggior parte dei fisici teorici la pensa così. Il rasoio di Occam ci impone di scegliere la soluzione che eviti l’inutile moltiplicazione degli enti, e la teoria dei molti mondi prevede un numero enorme se non addirittura infinito di universi paralleli. Oggi aumenta il sospetto che nessuna delle due interpretazioni sia quella valida, e crescono le quotazioni di ipotesi alternative come quella del “collasso oggettivo”, che in alcune varianti attribuisce un ruolo determinante alla gravità (al posto del ruolo determinante dell’osservatore nelle interpretazioni di Copenaghen e dei molti mondi).
5. Se si possono immaginare universi diversi, è concepibile un “gate”?
I sostenitori dell’ipotesi del multiverso negano la possibilità di collegamenti tra i diversi universi paralleli. Di fatto, molto probabilmente ciascun universo possiederebbe una fisica diversa dalla nostra, pertanto il contatto tra di loro sarebbe impossibile. Ma chissà…
6. Sarà mai possibile avere una prova sperimentale in futuro della “Teoria delle stringhe”?
Le stringhe dovrebbero possedere una grandezza talmente infinitesimale, prossima alla lunghezza di Planck (la minima lunghezza possibile), che nessuno strumento costruito dall’uomo nemmeno in futuro potrebbe riuscire a individuarle direttamente. È possibile, secondo alcuni sostenitori della teoria, che nella fase d’inflazione cosmica all’inizio dell’universo (nel corso della quale, per pochi istanti, l’universo ha subito un’espansione inflazionaria dello spazio) alcune stringhe siano state ingrandite fino ad assumere dimensioni macroscopiche, pertanto potrebbero essere osservate a livello cosmologico. Si tratta comunque solo di un’ipotesi. È anche possibile che i successivi sviluppi della teoria conducano a previsioni verificabili sperimentalmente in futuro.
7. L’infinito di galassie non esclude la possibilità di appartenere ad un creatore?
Certamente l’eventuale scoperta di vita intelligente in altre parti dell’universo spingerà molte religioni a una revisione delle proprie posizioni. D’altro canto, la Chiesa da tempo s’interroga su questi temi e sembra non ritenere una simile scoperta compromettente per la sua teologia (cfr. per esempio l’intervista di J.G. Funes, ex direttore della Specola Vaticana, L’extraterrestre è mio fratello)
8. C’è un momento in cui è necessario fermarsi? Perché c’è un limite o perché forse è meglio andare oltre?
Sul dibattito relativo ai limiti della conoscenza scientifica, suggerisco la lettura di due testi molto interessanti, La fine della scienza di John Horgan e il più recente Ciò che non possiamo sapere di Marcus Du Sautoy. La posizione del primo è più pessimista: a suo dire, molte discipline di ricerca scientifica, come la fisica, sono prossime all’esaurimento dei propri campi d’indagine. È vero comunque che simili profezie negative erano state pronunciate in passato e sempre smentite (celebre quella di Lord Kelvin nel 1900 secondo il quale nella fisica non c’era più nulla da scoprire, poco prima della scoperta della relatività e dei quanti). Sull’argomento mi permetto anche di rinviare a un mio recente articolo.
Se invece sia lecito fermarsi di fronte ad alcune applicazioni della ricerca scientifica che possano risultare pericolose per la nostra civiltà, la mia risposta è certamente sì laddove ci sia un consenso diffuso nella comunità scientifica su tali rischi. Nella conferenza di Asilomar del 1975 i genetisti raggiunsero un accordo per una moratoria sulle applicazioni della tecnica del DNA ricombinante, che poteva avere finalità eugenetiche; si discute analogamente oggi sulle applicazioni di ingegneria genetica della tecnica CRISPR, che pure potrebbe permetterci di trattare in futuro diverse malattie genetiche. Il precedente della bomba atomica ci suggerisce sempre cautela per quanto attiene alle responsabilità dello scienziato nel superare certi limiti. Al riguardo suggerisco la lettura del testo di Martin Rees Da qui all’infinito, una riflessione sul futuro della scienza (sulla questione della responsabilità della bomba atomica, mi permetto ancora di rinviare a un mio articolo sul caso Oppenheimer)
9. Esistono gli extraterrestri?
Purtroppo non possiamo ancora rispondere a una simile domanda. A oggi diremmo senza dubbio “no”, perché non abbiamo prove della loro esistenza; ma non lo facciamo perché sappiamo che la nostra conoscenza è ancora molto limitata, abbiamo iniziato da pochissimo a scandagliare il cielo nelle radiofrequenze per intercettare eventuali segnali alieni, e in porzioni molto piccole del cielo, senza contare che ci sono molte probabilità che civiltà intelligenti adoperino sistemi di comunicazione diversi da quelli che utilizziamo noi oggi. Rinvio comunque anche alla risposta del quesito 3.
10. Se è vero che il risultato è condizionato da chi esegue l’esperimento, ciò ha anche a che fare con la scelta multiverso?
L’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica assegna un ruolo centrale all’osservatore, o più precisamente del sistema di misurazione con cui il sistema quantistico interagisce: solo in quel momento la funzione d’onda probabilistica del sistema quantistico collassa assumendo una forma deterministica. Questo non significa però che il risultato sia condizionato da chi esegue l’esperimento, ma solo che in teoria – sempre secondo l’interpretazione di Copenaghen – l’assenza di un osservatore macroscopico fa sì che il sistema quantistico permanga in uno stato probabilistico e indeterminato. Nell’interpretazione a molti mondi di Everett-DeWitt, alla base della teoria del multiverso, tutti i possibili risultati di un esperimento esistono in diversi universi, e così quindi anche tutti i possibili stati del sistema quantistico. Anche in questo caso, tuttavia, non possiamo “scegliere” un esito piuttosto che un altro, poiché dal nostro punto di vista l’esito dell’esperimento è sempre un fatto del tutto casuale (se lanciamo una moneta, in un universo uscirà testa e in un altro croce, ma noi continuiamo a ignorare quale sarà l’esito finché non osserviamo quale faccia è uscita).
11. Esiste una “Terra” negli altri universi?
Se l’ipotesi del multiverso è vera, in molti universi le leggi fisiche saranno molto diverse da quelle che conosciamo, pertanto molti universi saranno sterili, ossia privi di vita come la conosciamo. In altri invece potranno esistere mondi come il nostro, e se fosse vera l’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica allora esistono probabilmente innumerevoli altre Terre, ossia pianeti identici al nostro con persone identiche a quelle che conosciamo – e, sì, anche altri noi stessi differenti per piccoli o grandi particolari o episodi di vita.
12. Come verranno visti i nostri modelli e ipotesi sulla concezione dell’Universo dagli uomini del futuro? Come vediamo ora le concezioni medievali per le quali la Terra era piatta o al centro dell’Universo?
È una riflessione molto interessante. Senza risalire al medioevo, alcune concezioni anche moderne, come l’etere luminifero (una sostanza all’interno della quale la Terra e gli altri pianeti avrebbero dovuto muoversi, per spiegare la propagazione della luce), abbandonata alla fine dell’Ottocento, o la teoria dello stato stazionario (secondo cui l’universo non avrebbe alcun inizio o dinamicità), abbandonata negli anni Sessanta con la definitiva conferma della prove del Big Bang, ci rivelano che molte concezioni scientifiche oggi di moda potrebbero rivelarsi errate. Nel suo ultimo libro Numeri, teoremi e minoturi, Roger Penrose mette in discussione alcuni pilastri della fisica moderna – la teoria delle stringhe, le interpretazioni di Copenaghen e dei molti mondi della meccanica quantistica, l’energia oscura, la supersimmetria e l’inflazione cosmologica – ritenendoli viziati da “moda, fede e fantasia”. Certamente è importante che la ricerca scientifica conservi margini di manovra in quei settori della speculazione teorica non ancora consolidati dalla verifica empirica, lasciando spazio a teorie concorrenti (quando sono, naturalmente, coerenti e consistenti matematicamente).
13. Possono convivere possibili eventuali abitanti di altre “Terre”?
Se per altre Terre si intendono altri pianeti vivibili come il nostro all’interno del nostro universo, bisognerebbe verificare prima se gli abitanti di quei pianeti possiedano una biologia compatibile con la nostra (per esempio che respirino ossigeno). Una biologia radicalmente diversa dalla nostra renderebbe difficile la convivenza tra due specie tanto diverse.
Se invece si intendono per altre Terre delle “copie” del nostro pianeta in altri universi del multiverso, non sembra esistere alcuna possibilità di “sovrapposizione” di queste diverse “copie”, poiché ciascuna di esse si trova all’interno di un universo chiuso e impermeabile a ciò che esiste al di fuori. È come se il nostro universo fosse un foglio di carta e noi esseri viventi dei disegni bidimensionali tracciati sul foglio: in nessun caso potremmo lasciare il foglio ed entrare nella terza dimensione che separa il nostro foglio da un altro.
14. Cosa è una quanto?
Si può considerare banalmente il quanto come una particella subatomica. Lo si definisce “quanto” dal latino quantum (“quantità”) perché ogni particella possiede un’energia finita, limitata a una ben definita quantità. L’introduzione del concetto di quanto risale agli inizi del Novecento, quando si scoprì che la luce (o meglio la radiazione elettromagnetica) non è un’emissione continua di energia, ma un insieme di particelle (i fotoni, o quanti di luce) ciascuna delle quali possiede una determinata quantità di energia. Per estensione oggi si definiscono “quanti” tutte le particelle subatomiche, quali elettroni, protoni, neutroni, quark, neutrini e così via, per le quali valgono analoghe proprietà.
15. Il nostro comportamento può influenzare l’universo e il sistema quantistico?
Anche se l’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica sembra assegnare un ruolo determinante dell’osservatore per il passaggio di un sistema quantistico da uno stato d’indeterminazione ad uno deterministico, ciò non sembra suggerire alcuna possibilità dell’osservatore d’influenzare lo stato che il sistema quantistico assumerà all’atto dell’osservazione (o meglio dell’interazione con il sistema macroscopico di misurazione, vedi anche la risposta alla domanda 10). Altre teorie, come la decoerenza o il collasso oggettivo, fanno inoltre a meno del ruolo dell’osservatore per spiegare il passaggio dall’indeterminazione quantistica al mondo deterministico macroscopico. Esistono comunque ipotesi radicali, come il principio antropico partecipatorio di John A. Wheeler, che assegnano all’essere umano (o a qualunque essere vivente cosciente di sé) un ruolo determinante per le proprietà dell’universo. Ciò vorrebbe dire attribuire all’uomo un ruolo nell’universo che oggi tendiamo a minimizzare, ma senza assegnargli una qualche capacità di influenza del reame quantistico o cosmologico.
16. L’infinitamente grande ci rende infinitamente piccoli, paura, smarrimento, non sarebbe meglio una visione antropocentrica a salvarci?
È vero che, dal momento in cui l’antropocentrismo è stato destituito di fondamento, e ci è stata svelata l’irrilevanza della nostra presenza per l’equilibrio cosmico, la nostra stessa esistenza può apparirci priva di significato. La risposta può venire dalla filosofia, se è in grado di fornirci altri modi di essere-nel-mondo che non richiedano necessariamente l’antropocentrismo ma non ci facciano nemmeno sentire irrilevanti e inutili, “gettati nel mondo” senza alcun perché. Per esempio, un principio di responsabilità nei confronti delle generazioni passate e future dovrebbe spingerci ad avere cura del nostro pianeta, e a proteggere la nostra specie da rischi estintivi, se non in ragione di un presunto antropocentrismo, senza dubbio in virtù del fatto che a oggi la nostra specie sembra essere l’unica dotata di un’intelligenza sufficiente per comprendere l’universo di cui è parte, e pertanto rappresenta un’unicità nella storia cosmica. Bisogna senza dubbio evitare derive nichiliste come quelle di chi sostiene che la nostra specie dovrebbe estinguersi per far respirare il pianeta: ciò significherebbe essere irresponsabili nei confronti dei 100 miliardi di esseri umani vissuti finora sulla Terra e degli altri miliardi che vivranno in futuro, ai quali precluderemmo la possibilità esistenziale. (Sull’argomento mi permetto di segnalare un mio breve saggio nel quale ho discusso queste considerazioni)
17. Allo stato attuale della conoscenza, è stato progettato un qualche esperimento che possa dimostrare la validità della “teoria delle stringhe”?
Rimando alla risposta alla domanda 6.
18. Quali sono le teorie più recenti sul big-bang? Ma tutti questi universi si espandono e poi ritornano verso il centro?
Oggi si tende soprattutto a ritenere che ci fosse un “prima” del Big Bang, almeno sotto forma di fluttuazioni quantistiche nel vuoto, da cui il nostro universo sarebbe emerso. Le teorie di gravità quantistica, che cercano di trovare un modo per conciliare la fisica quantistica (che regola la natura su scala atomica e subatomica) e la teoria della relatività (che è una teoria della gravità, la quale assume rilevanza su scale macroscopiche), hanno elaborato diverse ipotesi su cosa sia avvenuto nel momento del Big Bang, che rappresenta una “singolarità” spazio-temporale, incomprensibile dal punto di vista della fisica classica, ma che può diventare comprensibile attraverso le teorie di gravità quantistica. In questo ambito stanno prendendo piede anche teorie di universi ciclici.
Per limitarci a pochi esempi, la teoria di gravità quantistica a loop sostiene l’ipotesi del “Big Bounce”, secondo cui il nostro Big Bang non sarebbe che il “rimbalzo” di un precedente universo collassato su se stesso (si veda Martin Bojowald, Prima del Big Bang); il modello di Paul Steinhardt e Neil Turok valido nell’ambito della teoria M/delle stringhe (e descritto a livello divulgativo nel loro testo Universo senza fine) prevede analogamente un rimbalzo tra due universi-brana (simili a due fogli di carta) che si avvicinano e si allontanano nel corso di cicli di durata enorme; la cosmologia ciclica conforme di Roger Penrose (per la quale si veda il suo Dal Big Bang all’eternità), pur senza prevedere forme di gravità quantistica, ipotizza che l’universo sul lungo periodo finisca per dare vita a un nuovo Big Bang, e avanza anche alcune previsioni al riguardo, la cui verifica potrebbe confermare o smentire il modello. Questo non vuol dire, tuttavia, che l’universo possa poi “ritornare verso il centro”: intanto perché non esiste un centro dell’universo (al massimo l’universo collasserebbe su se stesso fino a un punto di dimensioni infinitesimali e densità infinita, come la singolarità in cui ha avuto luogo il Big Bang), e poi perché al momento sembra che l’universo sia in una fase di espansione accelerata, che sembrerebbe escludere l’ipotesi di una “inversione di marcia” e quindi di un collasso. Le tre teorie a cui ho accennato sopra cercano in modi diversi di ipotizzare un universo ciclico tenendo conto di questo fenomeno – l’espansione accelerata – scoperto nel 1998 e attribuito al ruolo dell’energia oscura.
19. Ma se ci sono i multiversi io come faccio a trovare il mio uomo ideale? È troppo difficile raggiungerlo, Aiutoo!!
Dovremmo vivere ignorando l’esistenza degli altri universi, dal momento che non abbiamo modo di interagire con le persone che li abitano (e che molto probabilmente sono copie di noi stessi e delle persone che abitano il nostro universo). Da qualche parte ci sarà sicuramente la nostra anima gemella, ma solo in alcuni universi saremo riusciti a trovarla; in alcuni universi le cose ci saranno andate tutte per il vero giusto, ma in molti altri saranno andate a finire molto male, cosicché credo che l’ipotesi del multiverso ci stimoli ad accontentarci dell’universo in cui viviamo, perché è vero che ci possono essere mondi migliori, ma anche assai peggiori di questo. Lo disse chiaramente Philip Dick: “Se credete che questo mondo sia brutto, dovreste vedere gli altri”.
20. L’essere umano pur essendo non determinante, causa danni all’universo, nel prossimo futuro sarà sempre così?
In futuro l’essere umano potrebbe diventare ancora più determinante per l’ambiente in cui vive: oggi abbiamo la possibilità di modificare seriamente l’ecosistema in cui viviamo, ma potremmo un giorno riuscire a farlo anche su scala cosmologica, per esempio circondando la nostra stella di enormi collettori di energia, così da risolvere per sempre (o perlomeno per il tempo di vita del Sole, che è di altri circa 4 miliardi di anni) il problema energetico, ma modificando di conseguenza le condizioni di vita sugli altri pianeti del sistema solare, dove la luce solare arriverà molto attenuata (e potremmo replicare il sistema su altre stelle in un futuro remoto in cui andremo a colonizzare l’universo; è l’ipotesi della “sfera di Dyson”).
21. Ha senso l’universo quando nessuno lo guarda?
È la stessa domanda che Einstein – notoriamente poco soddisfatto delle interpretazioni della meccanica quantistica – si poneva: “La Luna è lì nel cielo anche se non la guardiamo?”. Se volessimo intendere in senso radicale l’interpretazione di Copenaghen, secondo la quale il sistema osservato è indissolubilmente legato al sistema osservante, dovremmo rispondere “no”. Da qui ipotesi altrettanto radicali come quella – a cui accennavo sopra – di John A. Wheeler del principio antropico forte o partecipatorio, secondo il quale è proprio la presenza di osservatori a rendere l’universo “reale” e non meramente probabilistico. Ma potremmo anche intendere questa domanda come un paradosso che evidenza i limiti dell’interpretazione di Copenaghen. Il concetto di decoerenza cerca di aggirarlo sostenendo che l’aspetto probabilistico del mondo qualistico viene ricondotto a uno stato deterministico ogni qualvolta il numero di interazioni tra altri sistemi (o in generale con “l’ambiente esterno”) supera una soglia oltre la quale l’indeterminazione viene necessariamente meno (è il problema, d’altro canto, che oggi affrontano gli sviluppatori di computer quantistici, poiché è molto difficile conservare le proprietà dei sistemi quantistici quando si trovano a interagire in un sistema macroscopico come un computer). Ciò quindi esclude il ruolo determinante dell’osservatore o dell’apparato di misurazione.
22. L’universo ha un limite?
Da un punto di vista temporale, sembra avere un limite nel passato, dato dal Big Bang, e probabilmente un limite nel futuro: una volta raggiunto l’equilibrio termodinamico (morte termica, vedi risposta alla domanda precedente), non ci sarebbe alcun modo di misurare il tempo che passa, e quindi assisteremmo alla fine del tempo. Dal punto di vista spaziale, non è ancora chiaro se l’universo sia o meno infinito; il modello cosmologico standard basato sul Big Bang sembra suggerire che abbia dimensioni finite, ma alcune versioni – come quella dell’inflazione cosmologica eterna – ipotizzano invece che sia infinito. Se fosse poi vera l’ipotesi del multiverso, allora il nostro universo potrebbe avere un limite spazio-temporale, ma il multiverso potrebbe non avere invece né inizio né fine.