0182. E' vero che ci sono due universi paralleli?

Ho letto che ci sarebbero due universi paralleli? E’ vero? E se si dove si trova l'altro? (Andrea Minichiello) (2072)

Redazione SxT

Il termine universi paralleli viene spesso utilizzato in fisica e in astrofisica con significati diversi. Per questo motivo pubblichiamo le risposte di due dei nostri esperti, il Prof. Piero Galeotti e il Prof. Francesco Vissani, che affrontano questa domanda da due diversi punti di vista.

Come conseguenza della teoria della relatività generale (Einstein, 1916) e delle misure sul moto delle galassie (Hubble , 1928) [19] è risultato chiaro che l’universo è in espansione. Le equazioni di Friedmann , formulate già negli anni '20, permettono di interpretarne la dinamica e, da esse, sviluppare un modello, noto come il big bang , in grado di spiegare l’origine e l’evoluzione dell’universo. Sono state molte le conferme al modello di big bang, tra esse la sintesi degli elementi chimici leggeri, il conteggio delle radiogalassie e, soprattutto, l’esistenza di una radiazione di fondo cosmico (scoperta da Penzias e Wilson nel 1964) [123] che permea tutto l’universo e rappresenta l’eco della distribuzione iniziale di energia. Il modello prevede che l’universo abbia avuto origine da un’esplosione avvenuta circa 14 miliardi di anni fa, e che da allora si sia espanso gradualmente fino a raggiungere le dimensioni attuali. Tuttavia, in seguito a misure più recenti e molto precise sul ritmo di allontanamento delle galassie (problema della curvatura), sulla distribuzione della radiazione di fondo (problema dell’orizzonte) e sulla mancata rivelazione di monopoli magnetici (che dovrebbero essere i numerosi resti dell’esplosione iniziale) sono sorti alcuni problemi relativi al modello standard di big bang. Per fare un solo esempio, quello dell’orizzonte, la radiazione di fondo cosmico si sarebbe formata quando l’universo aveva un’età di circa 10⁵ (centomila) anni a cui corrispondono, secondo il modello standard di big bang, dimensioni di circa 10⁷ (diecimilioni) anni luce; ma la luce in 10⁵ anni si può propagare solo per 10⁵ anni luce e quindi non si riesce a spiegare il suo alto grado di isotropia e uniformità. Questi problemi vengono risolti in modo molto semplice e naturale introducendo una variante del modello standard, valida per i primissimi istanti di vita dell’universo, nota come modello cosmologico inflazionario [116].

In breve, i problemi sopra accennati si risolvono ipotizzando che l’universo visibile non sia lo sviluppo dell’intero universo ma di una sua parte molto piccola che ha subito un processo di crescita a ritmi estremamente elevati (un’inflazione, appunto) per un breve periodo di tempo all’inizio, quando aveva un’età di circa 10^-35 s  (dividere un secondo in un miliardo di parti, poi ancora in un miliardo di parti, ancora in un miliardo di parti e infine prenderne la centomilionesima parte) dimensioni dell’ordine di 1 cm). Il problema dell’orizzonte a quell’epoca è ancora più serio per il modello standard in quanto l’universo sarebbe composto di tantissime parti separate tra loro (volumi coerenti) che non hanno mai avuto la possibilità di scambiarsi informazioni fisiche; in particolare possono avere condizioni di temperatura estremamente diverse tra loro, al contrario di come mostra la distribuzione della radiazione di fondo cosmico. Il problema è invece automaticamente risolto dal modello inflazionario in quanto il nostro universo sarebbe lo sviluppo di uno solo dei tanti volumi coerenti. Ognuna di queste piccole parti dell’universo si è potuta sviluppate per conto proprio e in epoche diverse rispetto alla nostra, dando origine ad altri universi, diversi e separati dal nostro. Non si tratta dunque di 2 soli universi, ma della possibilità che ne esistano tantissimi, con i quali non abbiamo alcuna possibilità di comunicare essendo più lontani della distanza che la luce può percorrere nei 14 miliardi di anni di esistenza del nostro universo. Inoltre, altri universi potrebbero essersi formati molto prima del nostro, ed essere ormai morti, mentre altri sarebbero appena nati e altri ancora si potrebbero formare in futuro. Queste sono le più recenti teorie cosmologiche ma, come tutte le teorie, necessitano di una verifica sperimentale che ancora manca; i problemi del modello standard di big bang fumetto vengono però elegantemente risolti dal modello inflazionario, il quale prevede anche l’esistenza di materia oscura per spiegare il ritmo di espansione delle galassie. Quando questa materia oscura - o l’energia oscura che si sta ora ipotizzando - verranno scoperte, le nostre idee sull’origine dell’universo saranno certamente più precise di ora. Il progresso nella conoscenza scientifica è lento e necessita sempre di idee (la teoria) e di fatti (i dati sperimentali); questa è una caratteristica importante della scienza moderna a cui non si deve rinunciare per evitare di ricadere in forme di dogmatismo, ormai abbandonate da secoli.

Questa domanda così come è formulata, può far sentire un fisico un novello Cristoforo Colombo. Ammetto subito di non essere all'altezza di tanto entusiasmo. Usando il buon senso (che di solito non è una cattivo modo di procedere) il massimo che mi sento di sostenere è che magari esistono mondi paralleli, ma che per certo non lo sa nessuno... Sperando che mi si passi un ultima affermazione generale, vorrei commentare sulla logica della ricerca scientifica: quando in fisica teorica si suggerisce una speculazione, la prima cosa è vedere se è ben motivata; se lo è, la seguente è vedere se è verificabile; se lo è, si prova a verificarla.

Provo ora ad offrire ad una risposta specifica. Una delle prime volte in cui si suggerì una idea del genere fu in seguito allo studio delle interazioni deboli (quelle per intenderci che danno luogo al decadimento beta dei nuclei radioattivi). A differenza delle interazioni elettromagnetiche le cui proprietà erano già note, le interazioni deboli hanno la sorprendente proprietà (usando termini tecnici) di violare la parità ; o (in termini più evocativi) di preferire il sopra al sotto, o la destra alla sinistra. I due scienziati che nel 1956 intuirono questa proprietà, Lee e Yang , scrissero un serissimo articolo su Physical Review a supporto di queste scoperte. Ma alla fine del loro lavoro, nel tentativo di "salvare" la parità, proposero la seguente speculazione: che il concetto di simmetria di parità andasse esteso, non solo trasformando destra e sinistra, ma allo stesso tempo trasformando le particelle del nostro mondo in quelle di un "mondo parallelo" (insomma, una copia del nostro mondo). Lee e Yang introducevano l'idea che gli elettroni, i protoni, i neutroni che conosciamo avessero dei partner nel mondo parallelo. Si capisce che nel mondo parallelo si potrebbero formare atomi, molecole, rocce, stelle e chi più ne ha più ne metta. Seguendo la logica della ricerca scientifica enunciata sopra, e anche a causa dell'autorità dei 2 scienziati (premiati col Nobel nel 1957) si tentò di capire se l'idea di questo mondo parallelo fosse verificabile. Si arrivò presto alla conclusione che questo mondo doveva essere davvero... parallelo, nel senso che non poteva avere con il nostro mondo delle eccessive interazioni, altrimenti l'avremmo visto in un modo o nell'altro.

La formulazione moderna più comune di questo tipo di teorie (che in inglese si chiamano mirror world) postula che le sole interazioni tra noi e questo mondo debbano essere di tipo gravitazionale . In altre parole, possiamo vedere una stella dell'universo parallelo se essa esercita la sua attrazione su oggetti visibili. (In questo contesto la risposta alla seconda parte della domanda è: l'universo parallelo è dappertutto, dove è la materia "parallela"--o mirror matter. Una ipotesi di questo tipo può essere in una certa misura verificata. Dal punto di vista teorico, ci sono altre possibilità meno comuni, che prevedono che i neutrini scompaiano nel mondo parallelo a causa delle oscillazioni [108] oppure che i fotoni del nostro mondo siano mescolati in piccolissima misura con quelli del mondo parallelo. Da quanto ne sappiamo, al momento non esistono fatti sperimentali in supporto di questa ipotesi.

Ed infine (e qui getto la maschera dello scienziato oggettivo ed esprimo il mio pessimismo) non sono sicuro che le motivazioni originariamente percepite per questo tipo di teorie siano altrettanto attraenti oggi. Al sottoscritto (ed altri colleghi) sembra più interessante immaginare che la mancanza della simmetria della parità nelle interazioni deboli sia un sintomo del fatto che non conosciamo tutte le interazioni; e che esistano delle altre interazioni (che non abbiamo ancora visto) che "restaurano la simmetria tra destra e sinistra". Questo tipo di idee sono suggerite da un recente fatto sperimentale che dimostra l'incompletezza del modello delle interazioni deboli che conosciamo: i neutrini hanno anche loro massa, così come gli elettroni ed i quark . Ma questo porta comunque a postulare nuove particelle e nuove interazioni. Ammetto che queste ipotetiche particelle ed interazioni da sole non fanno un universo parallelo. Ma per tornare alla metafora iniziale, io ed altri colleghi pensiamo ad esse come a delle interessanti isolette, che possiamo solo intravedere con i telescopi che abbiamo. Sembrano ben difficili da raggiungere, e stiamo facendo del nostro meglio per capire come le potremmo raggiungere.