L'universo iniziò come un Big Bang e quasi immediatamente iniziò ad espandersi più velocemente della velocità della luce in uno scatto di crescita chiamato "inflazione". Questo improvviso allungamento levigò il cosmo, spalmando la materia e le radiazioni allo stesso modo come ketchup e senape su un hamburger panino.
Quell'espansione si interruppe dopo solo una frazione di secondo. Ma secondo un'idea chiamata "multiverso inflazionistico", continua - non solo nel nostro universo dove potremmo vederlo. E così facendo, genera altri universi. E anche quando si ferma in quegli spazi, continua ancora in altri. Questa "inflazione eterna" avrebbe creato un numero infinito di altri universi.
Insieme, queste isole cosmiche formano ciò che gli scienziati chiamano un "multiverso". In ciascuna di queste isole, i fondamenti fisici di quell'universo - come le cariche e le masse di elettroni e protoni e il modo in cui lo spazio si espande - potrebbero essere diversi.
I cosmologi studiano principalmente questa versione inflazionistica del multiverso, ma lo strano scenario può assumere anche altre forme. Immagina, ad esempio, che il cosmo sia infinito. Quindi la parte di esso che possiamo vedere - l'universo visibile - è solo uno di un numero innumerevole di altri universi della stessa dimensione che si sommano per formare un multiverso. Un'altra versione, chiamata "Many Worlds Interpretation", proviene dalla meccanica quantistica. Qui, ogni volta che una particella fisica, come un elettrone, ha più opzioni, le prende tutte, ognuna in un universo diverso e appena generato.
Una rappresentazione dell'evoluzione dell'universo oltre 13, 77 miliardi di anni. L'estrema sinistra raffigura il primo momento in cui ora possiamo sondare, quando un periodo di "inflazione" ha prodotto uno scoppio di crescita esponenziale nell'universo. (NASA / WMAP Science Team) 
Vincitori del premio Kavli per l'invenzione dell'inflazione (The Kavli Prize) 
Un'immagine di come una collisione con un altro universo potrebbe apparire sullo sfondo delle microonde (University College London) Ma tutti quegli altri universi potrebbero essere oltre la nostra portata scientifica. Un universo contiene, per definizione, tutto ciò che chiunque può vedere, rilevare o sondare all'interno. E poiché il multiverso è irraggiungibile, fisicamente e filosoficamente, gli astronomi potrebbero non essere in grado di scoprire - di sicuro - se esiste affatto.
Determinare se viviamo o no in una delle tante isole, tuttavia, non è solo una ricerca di pura conoscenza della natura del cosmo. Se il multiverso esiste, la capacità di ospitare la vita del nostro universo particolare non è un tale mistero: esiste anche un numero infinito di universi meno ospitali. La nostra composizione, quindi, sarebbe solo una felice coincidenza. Ma non lo sapremo fino a quando gli scienziati non potranno validare il multiverso. E come lo faranno, e se è possibile farlo, rimane una domanda aperta.
Risultati nulli
Questa incertezza presenta un problema. Nella scienza, i ricercatori cercano di spiegare come funziona la natura usando previsioni che formalmente chiamano ipotesi. Colloquialmente, sia loro che il pubblico a volte definiscono queste idee "teorie". Gli scienziati, in particolare, gravitano verso questo uso quando la loro idea affronta un ampio ventaglio di circostanze o spiega qualcosa di fondamentale sul funzionamento della fisica. E cosa potrebbe esserci di più ampio e fondamentale del multiverso?
Per un'idea di passare tecnicamente dall'ipotesi alla teoria, tuttavia, gli scienziati devono testare le loro previsioni e quindi analizzare i risultati per vedere se la loro ipotesi iniziale è supportata o smentita dai dati. Se l'idea ottiene abbastanza supporto coerente e descrive la natura in modo accurato e affidabile, viene promossa a una teoria ufficiale.
Man mano che i fisici si immergono sempre più nel cuore della realtà, le loro ipotesi - come il multiverso - diventano sempre più difficili e forse persino impossibili da testare. Senza la capacità di dimostrare o confutare le loro idee, non c'è modo per gli scienziati di sapere quanto una teoria rappresenti effettivamente la realtà. È come incontrare una potenziale data su Internet: anche se possono apparire belli su carta digitale, non puoi sapere se il loro profilo rappresenta il loro vero sé fino a quando non ti incontri di persona. E se non ti incontrerai mai di persona, potrebbero sfogarti. E così potrebbe il multiverso.
I fisici stanno ora discutendo se quel problema sposta idee come il multiverso dalla fisica alla metafisica, dal mondo della scienza a quello della filosofia.
Show-me state
Alcuni fisici teorici affermano che il loro campo ha bisogno di più prove fredde, prove concrete e si preoccupano di dove conduce la mancanza di prove. "È facile scrivere teorie", afferma Carlo Rovelli del Center for Theoretical Physics di Luminy, Francia. Qui, Rovelli sta usando colloquialmente la parola, per parlare di spiegazioni ipotetiche di come funziona l'universo, fondamentalmente. "È difficile scrivere teorie che sopravvivono alla prova della realtà", continua. “Pochi sopravvivono. Grazie a questo filtro, siamo stati in grado di sviluppare la scienza moderna, una società tecnologica, per curare le malattie, alimentare miliardi. Tutto questo funziona grazie a una semplice idea: non fidarti delle tue fantasie. Conserva solo le idee che possono essere testate. Se smettiamo di farlo, torniamo allo stile di pensiero del Medioevo. "
Lui e i cosmologi George Ellis dell'Università di Cape Town e Joseph Silk della Johns Hopkins University di Baltimora temono che, poiché nessuno può attualmente dimostrare idee come il multiverso giusto o sbagliato, gli scienziati possono semplicemente continuare lungo i loro percorsi intellettuali senza sapere se le loro passeggiate sono tutt'altro che casuale. "La fisica teorica rischia di diventare una terra di nessuno tra matematica, fisica e filosofia che non soddisfa veramente i requisiti di nessuno", ha osservato Ellis e Silk in un editoriale di Nature del dicembre 2014.
Non è che i fisici non vogliono mettere alla prova le loro idee più sfrenate. Rovelli afferma che molti dei suoi colleghi pensavano che con l'avanzato esponenziale della tecnologia - e molto tempo seduti nelle stanze a pensare - sarebbero stati in grado di convalidarli ormai. "Penso che molti fisici non abbiano trovato il modo di dimostrare le loro teorie, come avevano sperato, e quindi stanno ansimando", dice Rovelli.
"La fisica avanza in due maniere", afferma. O i fisici vedono qualcosa che non capiscono e sviluppano una nuova ipotesi per spiegarlo, oppure si espandono su ipotesi esistenti che sono in buone condizioni. "Oggi molti fisici stanno perdendo tempo seguendo una terza via: cercare di indovinare arbitrariamente", afferma Rovelli. "Questo non ha mai funzionato in passato e non funziona ora."
Il multiverso potrebbe essere una di quelle ipotesi arbitrarie. Rovelli non si oppone all'idea stessa, ma alla sua esistenza puramente da tavolo. "Non vedo alcun motivo per rifiutare a priori l'idea che ci sia più in natura della porzione di spaziotempo che vediamo", dice Rovelli. "Ma finora non ho visto prove convincenti."
La "prova" deve evolversi
Altri scienziati affermano che le definizioni di "evidenza" e "prova" necessitano di un aggiornamento. Richard Dawid del Munich Center for Mathematical Philosophy crede che gli scienziati possano sostenere le loro ipotesi, come il multiverso, senza effettivamente trovare supporto fisico. Ha esposto le sue idee in un libro chiamato String Theory and the Scientific Method . All'interno c'è una specie di rubrica, chiamata "Valutazione della teoria non empirica", che è come un foglio di giudizio equo per la scienza per i fisici professionisti. Se una teoria soddisfa tre criteri, è probabilmente vera.
In primo luogo, se gli scienziati hanno tentato, e non sono riusciti, di elaborare una teoria alternativa che spiegasse bene un fenomeno, che conta come prova a favore della teoria originale. In secondo luogo, se una teoria continua a sembrare un'idea migliore, più la studi, è un'altra cosa positiva. E se una linea di pensiero ha prodotto una teoria che le prove in seguito hanno supportato, è probabile che lo farà di nuovo.
Radin Dardashti, anche del Centro di filosofia matematica di Monaco, pensa che Dawid stia cavalcando la strada giusta. "L'idea di base alla base di tutto ciò è che se abbiamo una teoria che sembra funzionare e non abbiamo trovato nulla che funzioni meglio, è probabile che la nostra idea sia giusta", afferma.
Ma, storicamente, questo sottotitolo è spesso crollato e gli scienziati non sono stati in grado di vedere le ovvie alternative alle idee dogmatiche. Ad esempio, il Sole, nel suo sorgere e tramontare, sembra aggirare la Terra. La gente, quindi, ha pensato a lungo che la nostra stella orbitasse attorno alla Terra.
Dardashti avverte che gli scienziati non dovrebbero andare in giro applicando l'idea di Dawid, volenti o nolenti, e che ha bisogno di più sviluppo. Ma potrebbe essere la migliore idea là fuori per "testare" il multiverso e altre idee che sono troppo difficili, se non impossibili, da testare. Nota, tuttavia, che il tempo prezioso dei fisici sarebbe meglio trascorrere a sognare modi per trovare prove reali.
Tuttavia, non tutti sono così ottimisti. Sabine Hossenfelder del Nordic Institute for Theoretical Physics di Stoccolma, pensa che "post-empirico" e "scienza" non possano mai vivere insieme. “La fisica non consiste nel trovare la vera verità. La fisica riguarda la descrizione del mondo ", ha scritto sul suo blog Backreaction in risposta a un'intervista in cui Dawid ha spiegato le sue idee. E se un'idea (che anche lei chiama colloquialmente una teoria) non ha un supporto empirico e fisico, non appartiene. "Senza entrare in contatto con l'osservazione, una teoria non è utile per descrivere il mondo naturale, non parte delle scienze naturali, e non la fisica", ha concluso.
Multiverso (Standford University) La verità è là fuori
Alcuni sostenitori del multiverso affermano di aver trovato prove fisiche reali per il multiverso. Joseph Polchinski dell'Università della California, Santa Barbara e Andrei Linde dell'Università di Stanford - alcuni dei fisici teorici che hanno inventato l'attuale modello di inflazione e come conduce agli universi insulari - affermano che la prova è codificata nel nostro cosmo.
Questo cosmo è enorme, liscio e piatto, proprio come l'inflazione dice che dovrebbe essere. "Ci è voluto un po 'di tempo prima che ci abituassimo all'idea che la grande dimensione, la piattezza, l'isotropia e l'uniformità dell'universo non dovessero essere liquidate come fatti banali della vita", ha scritto Linde in un articolo apparso su arXiv.org a dicembre. "Invece, dovrebbero essere considerati come dati sperimentali che richiedono una spiegazione, che è stata fornita con l'invenzione dell'inflazione."
Allo stesso modo, il nostro universo sembra messo a punto per essere favorevole alla vita, con il suo tasso di espansione di Goldilocks che non è né troppo veloce né troppo lento, un elettrone che non è troppo grande, un protone che ha la carica opposta esatta ma la stessa massa di un neutrone e un spazio quadridimensionale in cui possiamo vivere. Se l'elettrone o il protone fossero, ad esempio, più grandi dell'uno percento, gli esseri non potrebbero esserlo. Quali sono le possibilità che tutte queste proprietà si allineino per creare un bel pezzo di proprietà immobiliare che la biologia possa formare ed evolvere?
In un universo che è, di fatto, l'unico universo, le probabilità sono vanificanti. Ma in un multiverso che si gonfia eternamente, è certo che uno degli universi dovrebbe apparire come il nostro. Ogni universo dell'isola può avere leggi fisiche e fondamenti diversi. Date infinite mutazioni, nascerà un universo su cui possono nascere gli umani. Il multiverso in realtà spiega perché siamo qui. E la nostra esistenza, quindi, aiuta a spiegare perché il multiverso è plausibile.
Queste prove indirette, combinate statisticamente, hanno portato Polchinski a dire che è sicuro al 94 per cento del multiverso. Ma sa che il 5, 999999 percento in meno del 99, 999999 percento degli scienziati ha bisogno di chiamare qualcosa un affare fatto.
L'immagine dettagliata a tutto tondo dell'universo infantile creata da nove anni di dati WMAP. L'immagine rivela sbalzi di temperatura di 13, 77 miliardi di anni (mostrati come differenze di colore) che corrispondono ai semi che sono cresciuti fino a diventare le galassie. (NASA / WMAP Science Team) Alla fine, gli scienziati potrebbero essere in grado di scoprire prove più dirette del multiverso. Stanno cercando le smagliature che l'inflazione avrebbe lasciato sullo sfondo cosmico a microonde, la luce rimasta dal Big Bang. Queste impronte potrebbero dire agli scienziati se l'inflazione è avvenuta e aiutarli a scoprire se sta ancora accadendo lontano dal nostro punto di vista. E se il nostro universo si fosse imbattuto in altri in passato, quel parafango avrebbe anche lasciato impronte sullo sfondo cosmico a microonde. Gli scienziati sarebbero in grado di riconoscere quell'incidente a due auto. E se esistono due macchine, così devono essercene molte di più.
O, in 50 anni, i fisici possono presentare timidamente prove che la teoria cosmologica dei primi anni del XX secolo era sbagliata.
"Stiamo lavorando su un problema che è molto difficile e quindi dovremmo pensarci su una scala temporale molto lunga", ha consigliato Polchinski ad altri fisici. Non è insolito in fisica. Cento anni fa, la teoria della relatività generale di Einstein, per esempio, predisse l'esistenza di onde gravitazionali. Ma gli scienziati hanno potuto verificarli solo di recente con uno strumento da miliardi di dollari chiamato LIGO, l'Osservatorio sulle onde gravitazionali con interferometro laser.
Finora tutta la scienza ha fatto affidamento sulla testabilità. È stato ciò che rende la scienza la scienza e non il sognare ad occhi aperti. Le sue rigide regole di prova hanno spostato gli umani fuori da castelli umidi e scuri e nello spazio. Ma quei test richiedono tempo e la maggior parte dei teorici vuole aspettare. Non sono pronti a mettere da parte un'idea fondamentale come il multiverso - che potrebbe effettivamente essere la risposta alla vita, all'universo e a tutto - fino a quando e se non possono dimostrare a se stessi che non esiste. E quel giorno potrebbe non arrivare mai.
