Il nostro universo è tutto quello che c’è o potrebbe esserci? Il nostro universo è solo uno di una moltitudine innumerevole di altri universi, all’interno di un multiverso onnicomprensivo?
E se ci sono altri universi, come sarebbero? Potrebbero essere abitabili?
Potrebbe sembrare speculazione accumulata su speculazione, ma non è così folle come potresti pensare.
Universi ipotetici
Alcuni fisici sostengono che un’esplosione di rapida espansione all’alba cosmica nota come inflazione renda inevitabile una qualche forma di multiverso. Il nostro universo sarebbe davvero solo uno dei tanti.
In questa teoria, ogni nuovo universo si cristallizza dal ribollente sfondo dell’inflazione, impresso con il proprio mix unico di leggi fisiche.
Se leggi fisiche simili alle nostre governano questi altri universi, allora possiamo affrontarle. Beh, almeno in teoria.
All’interno del nostro universo, la fisica è governata da regole che ci dicono come le cose dovrebbero interagire tra loro e costanti della natura, come la velocità della luce, che determinano i punti di forza di queste interazioni. Quindi, possiamo immaginare ipotetici universi “what-if” in cui cambiamo queste proprietà ed esploriamo le conseguenze all’interno di equazioni matematiche.
Potrebbe sembrare semplice, ma le regole con cui armeggiare sono la composizione fondamentale dell’universo. Se immaginiamo un universo in cui, diciamo, l’elettrone è cento volte più pesante che nel nostro universo, allora quali sarebbero le sue conseguenze per le stelle, i pianeti e persino la vita?
Di cosa ha bisogno la vita?
Di recente è stata affrontata questa domanda in una serie di articoli in cui hanno considerato l’abitabilità nel multiverso. Certo, l’abitabilità è un concetto complesso, ma pensiamo che la vita richieda alcuni ingredienti scelti per andare avanti.
La complessità è uno di quegli ingredienti. Per la vita sulla Terra, quella complessità deriva dagli elementi della tavola periodica, che possono essere mescolati e disposti in una miriade di molecole diverse. Siamo macchine molecolari viventi.
Ma anche un ambiente stabile e un flusso costante di energia sono essenziali. Non sorprende che la vita terrestre abbia avuto inizio sulla superficie di un pianeta roccioso, ricco di elementi chimici, immerso nella luce di una stella stabile e longeva.
Modificare le forze fondamentali
Esistono ambienti simili in tutta l’estensione del multiverso? Abbiamo iniziato la nostra esplorazione teorica considerando l’abbondanza di elementi chimici .
Nel nostro universo, a parte l’idrogeno e l’elio primordiali che si sono formati nel Big Bang, tutti gli elementi sorgono attraverso la vita delle stelle. Sono generati o attraverso le reazioni nucleari nei nuclei stellari, o nella violenza suprema delle supernove, quando una stella massiccia si fa a pezzi alla fine della sua vita.
Tutti questi processi sono governati dalle quattro forze fondamentali dell’universo. La gravità comprime il nucleo stellare, portandolo a temperature e densità immense. L’elettromagnetismo cerca di separare i nuclei atomici, ma se riescono ad avvicinarsi abbastanza, la forza nucleare forte può unirli in un nuovo elemento. Anche la forza nucleare debole, che può trasformare un protone in un neutrone, gioca un ruolo importante nell’accensione della fornace stellare.
Anche le masse delle particelle fondamentali, come elettroni e quark, possono svolgere un ruolo fondamentale.
Quindi, per esplorare questi ipotetici universi, abbiamo molti quadranti che possiamo regolare. I cambiamenti all’universo fondamentale fluiscono nel resto della fisica.
Il bilancio carbonio-ossigeno
Per affrontare l’immensa complessità di questo problema, abbiamo suddiviso i vari pezzi di fisica in pezzi gestibili: stelle e atmosfere, pianeti e tettonica a placche, le origini della vita e altro ancora. E poi abbiamo messo insieme i pezzi per raccontare una storia generale sull’abitabilità nel multiverso.
Ne emerge un quadro complesso. Alcuni fattori possono influenzare fortemente l’abitabilità di un universo.
Ad esempio, il rapporto tra carbonio e ossigeno, qualcosa stabilito da una particolare catena di reazioni nucleari nel cuore di una stella, sembra essere particolarmente importante.
Allontanarsi troppo dal valore nel nostro universo, dove ci sono quantità approssimativamente uguali dei due elementi, si traduce in ambienti in cui sarebbe estremamente difficile per la vita emergere e prosperare.
Ma l’abbondanza di altri elementi sembra essere meno importante. Finché sono stabili, il che dipende dall’equilibrio delle forze fondamentali, possono svolgere un ruolo fondamentale nei mattoni della vita.
Più complessità da esplorare
Siamo stati solo in grado di adottare un approccio ad ampio raggio per svelare l’abitabilità nel multiverso, campionando lo spazio delle possibilità in passaggi molto discreti.
Inoltre, per rendere gestibile il problema, abbiamo dovuto prendere diverse scorciatoie e approssimazioni teoriche. Quindi siamo solo al primo stadio della comprensione delle condizioni per la vita nel multiverso.
Nelle fasi successive, deve essere considerata l’intera complessità della fisica alternativa di altri universi. Avremo bisogno di capire l’influenza delle forze fondamentali su piccola scala ed estrapolarla su larga scala, sulla formazione delle stelle e infine dei pianeti.
Una parola di cautela
La nozione di multiverso è ancora solo un’ipotesi, un’idea che deve ancora essere verificata. In verità, non sappiamo ancora se si tratta di un’idea che può essere testata.
E non sappiamo se le leggi fisiche potrebbero essere diverse nel multiverso e, se lo sono, quanto potrebbero essere diverse.
Potremmo essere all’inizio di un viaggio che rivelerà il nostro posto ultimo all’interno dell’infinito – o potremmo essere diretti verso un vicolo cieco scientifico.
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