Il Multiverso

Per multiverso si intende un insieme di universi alternativi al di fuori del nostro spaziotempo, spesso denominati dimensioni parallele, che nascono come possibile conseguenza di alcune teorie scientifiche. Il concetto di multiverso viene ripreso anche come ambientazione da molti romanzi di narrativa fantasy o fantascientifica. Il concetto di multiverso fantasy e fantascientifico prende spunto da quello cosmologico.

IL MULTIVERSO NELLA COSMOLOGIA

Il multiverso è, scientificamente parlando, un insieme di universi coesistenti previsto da varie teorie, come quella dell'Inflazione eterna di A. Linde o come quella secondo cui da ogni buco nero esistente nascerebbe un nuovo universo, ideata dal fisico Lee Smolin.

Le dimensioni parallele sono contemplate anche in tutti i modelli correlati al concetto di D-brane, classe di P-brane inerenti la teoria delle stringhe.

Per Universi paralleli non si intende un insieme di Universi affiancati l'uno all'altro; essi infatti si compenetrano, ma non interagiscono in alcun modo fra loro.

Hugh Everett III e la sua "interpretazione a molti mondi"

Il concetto di multiverso viene proposto in modo serio per la prima volta nella cosiddetta "interpretazione a molti mondi" della meccanica quantistica, proposta da Hugh Everett III nella sua tesi di dottorato (The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, abbreviata in MWI); questa interpretazione prevede che ogni misura quantistica porti alla divisione dell'universo in tanti universi paralleli quanti sono i possibili risultati dell'operazione di misura.

La teoria del multiverso proposta da MWI ha un parametro di tempo condiviso. In molte delle sue formulazioni, tutti gli universi costituenti il multiverso sono strutturalmente identici, e possono esistere in stati diversi anche se possiedono le stesse leggi fisiche e gli stessi valori delle costanti fondamentali.

Gli universi costituenti sono inoltre non-comunicanti, nel senso che non può esservi un transito di informazioni tra di essi, anche se nell'ipotesi di Everett potenzialmente possono esercitare un'azione reciproca.

Interpretazione di Copenhagen

Altre interpretazioni della molti-mondi sono quella di Copenhagen e quella delle "storie consistenti".

In queste ipotesi, lo stato dell'intero multiverso è correlato agli stati degli universi costitutivi dalla sovrapposizione quantistica, ed è descritto da una singola funzione d'onda universale.

Simili a questa visione sono l'interpretazione a molteplici storie di Richard Feynman e quella di H. Dieter Zeh a molte-menti.

L'interpretazione a molti mondi (Many Worlds Interpretation) non può spiegare l'apparente universo antropico, questo perché le costanti fisiche di almeno una parte degli infiniti possibili "mondi" sono le stesse.

L'interpretazione a molti mondi può, comunque, spiegare l'esistenza (all'apparenza improbabile) di un pianeta come la Terra.

Vedasi l'ipotesi "Rare Earth hypothesis": se l'interpretazione a molti mondi fosse corretta, allora esistono così tante copie del nostro universo che l'esistenza di almeno un pianeta come la Terra non é sorprendente.

Teoria delle "bolle"

La formazione del nostro universo da una "bolla" del multiverso venne proposta da Andrej Linde.

Questa teoria, nota come teoria dell'universo a bolle si inquadra bene con la teoria ampiamente accettata dell'inflazione cosmica. Il concetto dell'universo a bolle comporta la creazione di universi derivanti dalla schiuma quantistica di un "universo genitore".

Alle scale più piccole (quantistiche), la schiuma ribolle a causa di fluttuazioni di energia. Queste fluttuazioni possono creare piccole bolle e wormhole.

Se la fluttuazione di energia non è molto grande, un piccolo universo a bolla può formarsi, sperimentare una qualche espansione (come un palloncino che si gonfia), ed in seguito potrebbe contrarsi e sparire dal campo di esistenza.

Comunque, se la fluttuazione energetica è maggiore rispetto ad un certo valore critico, si forma un piccolo universo a bolla dall'universo parentale, va incontro ad un'espansione a lungo termine, e permette la formazione sia di materia che di strutture galattiche a grandissima scala.

Una teoria formulata dal fisico Alex Vilenk afferma che il multiverso è formato da tanti universi, ognuno dei quali si trova eternamente confinato in una una bolla in inflazione eterna (cioè in espansione), incluso il nostro.

In alcune zone di una bolla, la deformazione dello spazio-tempo è tale da portare alla formazione di una nuova bolla, aprire un varco verso un nuovo universo; dopo un certo periodo, sempre per effetto della deformazione, la nuova bolla si stacca e si forma un universo del tutto indpendente, senza alcun punto di collegamento con quello di partenza.

Teoria del Multiverso di David Deutsch

Inoltre la "Teoria del Multiverso" conosce una fondamentale argomentazione da parte del fisico David Deutsch, uno dei massimi teorizzatori viventi della computazione quantistica e dei computer quantistici, che prevede proprio nella realizzabilità di tali dispositivi la prova sperimentale di una iper-struttura cosmologica detta appunto multiverso.

Teoria delle stringhe e delle superstringhe

Nell'ambito della teoria delle superstringhe, troviamo un quarto tipo di multiverso, le membrane.

Secondo la teoria delle stringhe, la materia è composta da minuscole corde vibranti in uno spazio di 11 dimensioni (10+1), dunque 7 in più dallo spazio 3 D a noi noto (più la dimensione temporale).

Le stringhe potrebbero essere aggregate a membrane 3 D (o più) immerse in uno spazio molto più ampio (iperspazio), ogni membrana è un universo distinto.

Alcuni scienziati ritengono che il Big Bang che ha dato origine al nostro universo sia stato originato tra uno scontro tra due o più membrane.

Seconda la teoria delle stringhe e delle superstringhe, le ipotesi di natura corpuscolare e ondulatoria della materia non sono alternative. A un livello più macroscopico, la materia appare composta da particelle, che in realtà sono aggregati di cariche energetiche. Ad una dimensione di analisi crescente, queste particelle si presentano composte da energia. Il costituente primo della materia sono stringhe di energia che vibrano ad una determinata frequenza o lunghezza d'onda caratteristica, e che si aggregano a formare particelle.

Gli infiniti universi paralleli potrebbero coesistere nello stesso continuum di dimensioni, vibrando a frequenze differenti.

Il numero di dimensioni necessarie è indipendente dal numero di universi, ed è quello richiesto per definire una stringa (al momento 11 dimensioni).

Questi universi potrebbero estendersi da un minimo di 4 a tutte le dimensioni in cui è definibile una stringa. Se occupano 4 dimensioni, queste sono il continuo spazio-temporale: nel nostro spazio-tempo, coesisterebbero un numero infinito o meno di universi paralleli di stringhe, che vibrano entro un range di lunghezze d'onda/frequenze caratteristico per ogni universo.

Coesistendo nelle stesse nostre 4 dimensioni, tali universi sarebbero soggetti a leggi aventi significato fisico analogo a quelle del nostro universo.

La novità di questa teoria è che gli infiniti universi non vivono in dimensioni parallele, né necessitano di postulare l'esistenza di più di 4 dimensioni di spazio-tempo. Ciò che consente di definire una pluralità di universi indipendenti non è un gruppo di 4 o più dimensioni per ogni universo, ma l'intervallo di lunghezze d'onda caratteristico. L'intervallo teorico di frequenze/lunghezze d'onda per le vibrazioni di una stringa determina anche il numero finito/infinito di universi paralleli definibili.

Possibile misurazione degli effetti del multiverso

Nel luglio del 2007 Tom Gehrels della University of Arizona ha pubblicato un articolo dal titolo "The Multiverse and the Origin of our Universe", in cui vengono suggeriti degli effetti misurabili dell'esistenza del multiverso.

Laura Mersini-Houghton propose la teoria che il "cold spot" rivelato dal satellite WMAP potrebbe fornire un'evidenza empirica misurabile per un universo parallelo all'interno del multiverso. Secondo Max Tegmark,l'esistenza di altri universi è conseguenza diretta delle osservazioni cosmologiche.

Tegmark descrive l'insieme generale di concetti correlati che condividono la nozione che esistono altri universi al di là di quello osservabile, e si spinge fino a fornire una tassonomia degli universi paralleli organizzata a livelli.

Classificazione

Per poter rendere chiara la terminologia, i fisici George Ellis, U. Kirchner e W.R. Stoeger consigliano l'utilizzo del termine "Universo" per il modello teorico della totalità dello spaziotempo connesso nel quale viviamo, dominio universo per l'universo osservabile o una parte simile dello stesso spazio-tempo, "universo" per uno spazio-tempo generale, che si applica sia al nostro "Universo" oppure ad un altro disconnesso dal nostro, multiverso per una collezione di spazio-tempi non connessi tra di loro, e universo a multi-dominio per riferirsi a un modello dell'insieme di spazio-tempi singoli connessi nella modalità descritta dai modelli della teoria dell'inflazione caotica.

I livelli secondo la classificazione di Tegmark descritti secondo la terminologia di Ellis, Koechner e Stoeger sono brevemente descritti in seguito.

Universi a multi-dominio (nell'interpretazione di Ellis, Koechner e Stoeger)

I Livello (Multiverso aperto): Una predizione generica di inflazione cosmologica è quella dell'universo infinito dell'ipotesi ergodica, che, essendo infinito, deve contenere vari volumi di Hubble che adempiano tutte le condizioni iniziali.

Universi con costanti fisiche diverse

II Livello (Teoria dell'universo a bolle di Andrej Linde): Nell'inflazione caotica, altre regioni termalizzate possono avere diverse costanti fisiche, diversa dimensionalità e diverso contenuto di particelle (sorprendentemente, questo livello include anche la teoria di Wheeler sull'universo oscillatorio).

Multiversi (nell'interpretazione di Ellis, Koechner e Stoeger)

Livello III (Intepretazione multimondo di Hugh Everett III): Un'interpretazione della meccanica quantistica che propone l'esistenza di universi multipli, tutti "identici come costanti fisiche", ma che possibilmente si dipanano in stati differenti. Molti ritengono che l'interpetazione di Everett (considerata come una teoria formale) sia un estensione conservativa della meccanica quantistica standard, il che vuol dire che se si riesce ad esprimere i suoi risultati nel linguaggio della meccanica quantistica ordinaria, essa non porta a nuovi universi con leggi e costanti fisiche diverse, ossia a nuovi risultati non-contemplati dalla fisica senza interpretazione everettiana.

Questo, secondo Tegmar, "è un fatto ironico, dal momento che storicamente questo livello è stato il più controverso". Nel settembre del 2007 David Deutsch ha presentato quella che viene considerata una prova dell'interpretazione a molti-mondi.

Insieme definitivo

Livello IV (insieme definitivo di Tegmark): altre strutture matematiche danno differenti equazioni fondamentali per la fisica. Questo livello considera reale ogni ipotetico universo basato su queste strutture. Siccome esso contiene tutti gli altri insiemi porta a chiusura la gerarchia dei multiversi: non ci può essere un livello 5. La questione ancora aperta riguarda le possibili suddivisioni del livello IV in futuro.

Teoria M

Un multiverso di una specie differente è stato ipotizzato con l'estensione a 11 dimensioni della teoria delle stringhe conosciuta come Teoria M. In questa teoria il nostro universo, così come gli altri, sono creati da collisioni fra membrane in uno spazio a 11 dimensioni. A differenza di quelli della meccanica quantistica questi unversi possono avere diverse leggi fisiche.

Paesaggio di stringhe

La teoria del paesaggio di stringhe afferma che esiste un universo differente per ciascuno degli insieme delle soluzioni generate quando una teoria delle stringhe in 10 dimensioni è ridotta al mondo quadridimensionale di bassa energia che vediamo.

Uno dei filoni che più si avvale di tale ambientazione è il genere ucronico, che ha in autori come Philip Dick e Harry Turtledove due fra i maggiori rappresentanti.

Pur non appartenendo al genere dell'ucronia, va citato anche il romanzo dello scrittore americano Michael Crichton Timeline in cui una particolare applicazione delle teorie di Everet consente ai protagonisti il viaggio tra universi paralleli.

Nell'ambito del fantasy, il termine multiverso è stato usato meno che nella fantascienza, ma è comunque presente, ad esempio nel ciclo del Campione Eterno di Michael Moorcock.

Il concetto di multiverso è abbondantemente utilizzato nei fumetti di supereroi, in particolare da quelli della DC Comics ma anche da quelli della Marvel Comics.

Le terre parallele dell'Universo DC (sebbene ridotte nel corso del tempo, per esempio dalla celebre saga Crisi sulle Terre infinite) sono un esempio tipico dello sfruttamento di questa idea nella letteratura disegnata.

Anche nei fumetti della Sergio Bonelli Editore, Nathan Never e Dylan Dog (vedere albi nn°43 "Storia Di Nessuno" e 59 "Gente Che Scompare") , viene utilizzata in varie storie la teoria del multiverso.