Alcuni mesi fa
il Premio Nobel per la Fisica
è stato assegnato a due squadre di astronomi
per una scoperta considerata
una delle più importanti
osservazioni astronomiche di sempre.
Oggi, dopo avervi descritto in breve di cosa si tratta,
vi parlerò di una teoria fortemente controversa
intesa a spiegare la loro scoperta,
vale a dire la possibilità
che ben oltre la Terra,
la Via Lattea e altre distanti galassie,
sia possibile scoprire che il nostro universo
non è il solo universo,
ma sia invece parte
di un vasto complesso di universi
che noi chiamiamo il multiverso.
Il concetto di un multiverso è un'idea inconsueta.
Molti di noi sono cresciuti con la convinzione
che il termine "universo" significhi ogni cosa.
E dico molti di noi con cognizione di causa,
considerando che mia figlia di 4 anni mi ha sentito parlare di queste idee fin dalla nascita.
L'anno scorso, abbracciandola,
le ho detto: "Sophia,
ti amo più di ogni cosa nell'universo".
Lei si è voltata e mi ha detto: "Papà,
universo o multiverso?"
(Risate)
Ma, lasciando da parte un'educazione tanto anomala,
è strano immaginare
altri mondi separati dal nostro,
la maggior parte con caratteristiche molto diverse,
che si possano con ragione definire universi in se stessi.
E tuttavia,
per quanto il concetto sia pura speculazione,
io intendo convincervi
che ci sono ragioni per prenderlo in seria considerazione,
in quanto potrebbe essere corretto.
Vi racconterò la storia del multiverso in tre parti.
Nella prima
vi descriverò i risultati ottenuti dai Premi Nobel
e vi illustrerò un mistero profondo
rivelato da quei risultati.
Nella seconda parte
vi rivelerò la soluzione di quel mistero.
Si basa su un approccio detto "teoria delle stringhe",
ed è da qui che l'idea del multiverso
entrerà a far parte della storia.
Infine, nella terza parte,
vi descriverò una teoria cosmologica
detta inflazione cosmica,
la quale collegherà i vari capitoli di questa storia.
La prima parte ebbe inizio nel 1929
quando il grande astronomo Edwin Hubble
si rese conto che le galassie
si stavano tutte allontanando da noi,
e stabilì che lo spazio stesso si sta dilatando,
si sta espandendo.
Si trattava di un'idea rivoluzionaria.
Il sapere prevalente affermava che sulla più vasta scala
l'universo era statico.
Ma anche così
c'era un elemento di cui tutti erano certi:
che l'espansione doveva essere in fase di rallentamento;
che, come l'attrazione gravitazionale della Terra
rallenta l'ascesa di una mela lanciata verso l'alto,
l'attrazione gravitazionale
esercitata da ogni galassia sulle altre
doveva rallentare
l'espansione dello spazio.
Arriviamo ora agli anni '90,
quando quei due gruppi di astronomi
che ho menzionato all'inizio
vennero ispirati da questa logica
per misurare il ritmo
con cui tale espansione sta rallentando.
Lo fecero attraverso
le osservazioni minuziose
di numerose distanti galassie,
che permisero loro di registrare
quanto il ritmo dell'espansione fosse mutato nel tempo.
Ed ecco la sorpresa:
scoprirono che l'espansione non sta rallentando.
Trovarono, al contrario, che sta accelerando,
acquistando sempre maggior velocità.
Sarebbe come lanciare in aria una mela
che sale a una velocità sempre maggiore.
Ora, se vedeste una mela comportarsi così,
vorreste conoscerne le ragioni.
Cosa la sta spingendo?
Allo stesso modo, i risultati degli astronomi
meritano senza dubbio il Premio Nobel,
ma hanno sollevato una questione analoga.
Quale forza fa sì che tutte le galassie
fuggano l'una dall'altra
a una velocità in continuo aumento?
La risposta più promettente
ci arriva da una vecchia idea di Einstein.
Tutti noi siamo abituati a concepire la gravità
come una forza che fa una cosa:
attira gli oggetti.
Ma nella teoria einsteiniana della gravità,
la sua teoria generale della relatività,
la forza di gravità può anche respingere gli oggetti.
Come? Secondo la matematica di Einstein,
se lo spazio è riempito uniformemente
da un'energia invisibile,
una sorta di foschia uniforme e invisibile,
allora la gravità generata da quella foschia
sarebbe respingente,
una gravità respingente,
che è ciò che ci serve per spiegare quelle osservazioni.
Perché la gravità respingente
di un'energia invisibile nello spazio
- ora la chiamiamo energia oscura,
ma io l'ho resa in un vapore bianco per rendervela visibile -
la sua gravità respingente
farebbe in modo che ogni galassia spingesse contro le altre
aumentando la velocità dell'espansione,
e non rallentandola.
Questa spiegazione
rappresenta quel grande passo avanti.
Ma io vi ho promesso un mistero
qui nella prima parte.
Eccolo.
Quando gli astronomi calcolarono
la quantità di questa energia oscura
diffusa nello spazio
per rendere conto dell'accelerazione cosmica,
guardate cosa trovarono.
Questa cifra è minuscola.
Espressa nell'unità rilevante,
è incredibilmente minuscola.
Il mistero sta nello spiegare questa cifra particolare.
Noi vogliamo che questa cifra
emerga dalle leggi della fisica,
ma finora nessuno ha trovato il modo per riuscirci.
Ora, potreste chiedervi,
perché dovrebbe interessarci?
Forse spiegare questa cifra
è solo una questione tecnica,
un dettaglio tecnico per gli esperti,
ma di nessuna importanza per gli altri.
Certamente si tratta di un dettaglio tecnico,
ma alcuni dettagli sono fondamentali.
Alcuni dettagli aprono
degli spiragli su realtà inesplorate
e questa cifra tanto particolare potrebbe fare proprio quello,
poiché l'unico approccio utilizzato finora per dare una spiegazione
invoca la possibilità di altri universi,
un'idea che emerge naturalmente dalle teoria delle stringhe
e che mi porta alla seconda parte: la teoria delle stringhe.
Per ora quindi tenete in mente
il mistero dell'energia oscura
mentre io proseguo parlandovi
di 3 elementi chiave per la teoria delle stringhe.
Prima di tutto, di cosa si tratta?
E' un approccio per realizzare il sogno di Einstein
di una teoria della fisica unificata,
di una struttura unica omnicomprensiva
in grado di descrivere
tutte le forze che operano nell'universo.
Il concetto di fondo della teoria delle stringhe
è piuttosto lineare.
Dice che se si analizza dettagliatamente
un qualsiasi frammento di materia,
inizialmente si troveranno le molecole,
quindi gli atomi, e le particelle subatomiche.
Ma la teoria dice che se fosse possibile scandagliare più a fondo,
indagando parti più piccole di quelle che la tecnologia esistente può rilevare,
si troverebbe qualcos'altro dentro queste particelle,
un piccolo filamento vibrante di energia,
una minuscola stringa vibrante.
E proprio come le corde di un violino,
queste stringhe vibrano secondo ritmi diversi,
producendo note musicali differenti.
Queste minuscole, fondamentali, stringhe,
vibrando secondo andamenti differenti
producono diversi tipi di particelle;
quindi elettroni, quark, neutrini, fotoni
e tutte le altre particelle
si troverebbero riunite in una struttura unica,
essendo tutte generate dalla vibrazione delle stringhe.
E' un quadro avvincente,
una sorta di sinfonia cosmica
in cui tuttta la ricchezza
che osserviamo nel mondo che ci circonda
emerge dalla musica
composta da queste minuscole stringhe.
Ma questa elegante unità
ha un costo,
perché anni di ricerca hanno mostrato
che la matematica della teoria delle stringhe non funziona.
Esistono incongruenze interne,
a meno di accettare
qualcosa di assolutamente inusitato:
ulteriori dimensioni spaziali.
Tutti noi conosciamo le tre dimensioni dello spazio.
Possiamo pensarle
come altezza, larghezza e profondità.
Ma la teoria delle stringhe dice che, su scala incredibilmente piccola,
esistono ulteriori dimensioni
ripiegate in dimensioni talmente ridotte
che noi non le abbiamo finora rilevate.
Ma sebbene queste dimensioni siano nascoste,
esse avrebbero un impatto sulle cose che riusciamo a osservare
perché la forma di queste dimensioni extra
determina la modalità di vibrazione delle stringhe.
Nella teoria delle stringhe,
la vibrazione determina ogni cosa.
Quindi, le masse delle particelle, la potenza delle forze
e, soprattutto, la quantità di energia oscura
sarebbero determinate
dalla forma di queste ulteriori dimensioni.
Pertanto, se noi conoscessimo la forma di queste dimensioni,
dovremmo essere in grado di calcolare questi aspetti,
calcolare la quantità di energia oscura.
La difficoltà
sta nel fatto che non conosciamo
la forma di queste dimensioni extra.
Tutto ciò che abbiamo
è una lista di forme potenziali
proposte dalla matematica.
Quando queste idee cominciarono a prendere forma
esistevano solo cinque potenziali forme differenti,
quindi potete immaginare
analizzarle una per una,
per determinare se ne risultassero
le caratteristiche fisiche che osserviamo.
Ma col tempo la lista crebbe,
poiché i ricercatori scoprirono altre forme possibili.
Da 5, il numero raggiunse le centinaia e poi le migliaia.
Un'ampia collezione, seppur ancora gestibile, da analizzare,
visto che, dopo tutto,
i dottorandi hanno bisogno di qualcosa da fare.
Ma la lista continuò ad allungarsi,
fino ai milioni, ai miliardi, fino a oggi.
La lista di forme potenziali
ha raggiunto la cifra di 10 elevato alla 500.
E allora, che fare?
Alcuni ricercatori han gettato la spugna,
concludendo che le potenziali forme per le dimensioni extra erano talmente numerose,
e che ognuna di esse generava aspetti fisici diversi,
che la teoria delle stringhe non avrebbe mai
generato predizioni definitive e analizzabili.
Ma altri videro la questione sotto un'altra luce
proponendo la possibilità di un multiverso.
Ecco l'idea:
forse ognuna di queste forme è sullo stesso livello delle altre.
Ognuna è tanto reale quanto le altre,
nel senso
che esistono molti universi,
ognuno con una forma differente, dovuta alle dimensioni extra.
E questa proposta radicale
ha un profondo impatto su questo mistero:
la quantità di energia oscura rivelata dai risultati dei vincitori del Premio Nobel.
Capite che,
se esistono altri universi,
e se quegli universi,
se ognuno di essi ha una forma diversa a causa delle dimensioni extra,
allora le caratteristiche fisiche di ogni universo saranno differenti,
e in particolare
la quantità di energia oscura in ogni universo
sarà differente.
Ciò significa che il mistero
legato alla spiegazione della quantità di energia oscura
che abbiamo misurato assumerebbe un aspetto del tutto diverso.
In questo contesto
le leggi della fisica non possono giustificare una sola cifra per l'energia oscura
perché non esiste solo una cifra,
ma ce ne sono molte.
E questo significa
che ci siamo posti la domanda sbagliata.
La domanda corretta da porsi è questa:
perché noi, esseri umani, ci troviamo in un universo
che ha la particolare quantità di energia oscura che abbiamo misurato,
invece di una di tutte le altre possibilità
che si trovano là fuori?
E' questa la domanda che ci permetterà di fare dei passi avanti.
Perché in quegli universi
che hanno maggiori quantità di energia oscura rispetto a noi,
ogni volta che la materia prova ad aggregarsi in galassie,
la spinta respingente dell'energia oscura è tanto forte
da separare ciò che si aggrega,
e impedire la formazione di galassie.
E quegli universi che hanno molto meno energia oscura
collassano su se stessi tanto rapidamente
che, di nuovo, le galassie non si formano.
E senza le galassie non ci sono stelle, né pianeti,
nessuna possibilità
che la nostra forma di vita
esista in quegli universi.
Quindi noi ci troviamo in un universo
che possiede la specifica quantità di energia oscura che abbiamo misurato,
semplicemente perché il nostro universo offre le condizioni
che possono ospitare la nostra forma di vita.
Fine del discorso,
mistero risolto,
multiverso trovato.
Ora, alcuni non ritengono soddisfacente questa spiegazione.
Noi siamo abituati a una fisica
che ci offre spiegazioni definitive per gli aspetti che osserviamo.
Ma il punto è che
se l'aspetto che state osservando
può assumere, ed è ciò che fa,
un'ampia gamma di valori differenti,
sull'intero, vasto territorio della realtà,
allora pensare a una giustificazione
per un particolare valore
è semplicemente fuorviante.
Uno dei primi esempi
ci giunge dal grande astronomo Giovanni Keplero,
ossessionato dalla comprensione
di un'altra cifra:
perché il Sole si trova a 93 milioni di miglia di distanza dalla Terra?
Per decenni egli si impegnò nel tentativo di giustificare tale cifra
ma non ebbe successo, e noi sappiamo il perché.
Keplero si stava ponendo
la domanda sbagliata.
Ora noi sappiamo che ci sono molti pianeti,
a un'ampia gamma di distanze dalla propria stella primaria.
Quindi, sperare che le leggi della fisica
giustifichino una cifra particolare, 93 milioni di miglia,
semplicemente è un ostinarsi nell'errore.
Al contrario, la domanda corretta da porsi è:
perché noi, esseri umani, ci troviamo su un pianeta
a questa particolare distanza,
invece che a una delle altre distanze possibili?
Questa è una domanda alla quale possiamo rispondere.
Quei pianeti che sono molto più vicini a una stella come il Sole
sarebbero talmente caldi
che la nostra forma di vita non esisterebbe.
E quei pianeti che sono molto più distanti dalla propria stella,
sono talmente freddi
che, di nuovo, la nostra forma di vita non attecchirebbe.
Quindi noi ci troviamo
su un pianeta a questa particolare distanza
semplicemente perché si presta alle condizioni
vitali per la nostra esistenza.
Quando si tratta dei pianeti e delle loro distanze,
questo è certamente il ragionamento corretto.
Il punto è questo:
quando si tratta di universi e dell'energia oscura che contengono,
potrebbe essere il ragionamento corretto.
Una differenza chiave, indubbiamente,
è che noi sappiamo che esistono altri pianeti,
ma finora io ho solo speculato sulla possibilità
che potrebbero esserci altri universi.
Quindi, per tirare le fila,
ci serve un meccanismo
che possa effettivamente generare altri universi.
E questo mi porta alla mia parte finale, la terza.
Poiché un meccanismo simile è stato scoperto
dai cosmologi che cercano di capire il Big Bang.
Quando parliamo di Big Bang
spesso abbiamo quest'immagine
di una sorta di esplosione cosmica
che ha creato il nostro universo
dando il via all'espansione dello spazio.
Ma c'è un piccolo segreto.
Il Big Bang non considera una cosa molto importante,
il Bang.
Ci dice come l'universo si sia evoluto dopo il Bang,
ma non ci offre informazioni
su cosa avrebbe scatenato il Bang vero e proprio.
A tale omissione si ovviò, infine,
attraverso una versione avanzata della teoria del Big Bang.
E' detta inflazione cosmica,
ed identificò un particolare tipo di combustibile
che avrebbe generato in modo naturale
un'espansione dello spazio.
Il combustibile si fonda su ciò che viene chiamato campo quantico,
ma il solo dettaglio che interessa a noi
è che quel combustibile risulta talmente efficace
che è virtualmente impossibile
esaurirlo,
e ciò significa, nella teoria dell'inflazione cosmica,
che il fatto che il Big Bang abbia originato il nostro universo
probabilmente non è un evento irripetibile.
Al contrario, quel combustibile non solo ha generato il Big Bang
ma avrebbe anche generato altri innumerevoli Big Bang,
ognuno dei quali avrebbe generato il proprio universo distinto,
e il nostro universo non sarebbe altro che una bolla
all'interno dell'enorme schiuma cosmica dell'universo.
Quando consideriamo questa teoria delle stringhe,
ecco il quadro a cui giungiamo.
Ognuno di questi universi ha dimensioni extra,
che assumono una vasta gamma di forme differenti,
le quali determinano differenti caratteristiche fisiche.
Noi ci troviamo in un universo piuttosto che in un altro
semplicemente perché è solo nel nostro universo
che le caratteristiche fisiche, quali la quantità di energia oscura,
sono quelle adatte a far prosperare la nostra forma di vita.
Questa è l'affascinante ma fortemente controversa immagine
di un cosmo più esteso,
che le osservazioni e una teoria d'avanguardia
ora ci hanno portato a prendere seriamente in considerazione.
La domanda fondamentale che rimane è, ovviamente,
potremo mai confermare
l'esistenza di altri universi?
Lasciate che vi descriva
uno dei modi in cui potrebbe un giorno accadere.
La teoria dell'inflazione cosmica
è già fortemente sostenuta da valide osservazioni.
Perché la teoria predice
che il Big Bang sarebbe stato tanto intenso che,
mentre lo spazio si espandeva rapidamente,
minuscoli tremiti di quanti provenienti dal micromondo
si sarebbero estesi al macromondo,
lasciando un'impronta particolare,
uno schema di zone leggermente più calde e più fredde,
nello spazio
che si sono potute osservare attraverso potenti telescopi.
Andando oltre, se esistono altri universi
la teoria predice che in certi momenti
quegli universi possono collidere.
Se il nostro universo venisse colpito,
quella collisione
genererebbe un ulteriore sottile schema
di variazioni di temperatura nello spazio
che un giorno potremmo
essere in grado di individuare.
Per quanto esotica sia questa visione,
un giorni potrebbe venire convalidata
dalle osservazioni,
stabilendo l'esistenza di altri universi.
Concluderò
con un'implicazione impressionante
di tutte queste idee
per un futuro molto lontano.
Noi abbiamo imparato
che il nostro universo non è statico,
che lo spazio si espande,
che la sua velocità di espansione aumenta
e che potrebbero esserci altri universi,
il tutto esaminando attentamente
deboli punti di luce stellare
che giunge fino a noi da galassie lontane.
Ma poiché l'espansione sta accelerando,
in un futuro lontano
quelle galassie diverranno tanto distanti, e tanto velocemente,
che noi non saremo in grado di vederle,
e non a causa dei limiti della tecnologia,
ma a causa delle leggi fisiche.
La luce emessa da quelle galassie,
anche viaggiando alla massima velocità, la velocità della luce,
non potrà superare
il divario in costante aumento che le allontana da noi.
Quindi, gli astronomi che nel futuro
guarderanno nello spazio profondo
non vedranno altro che un'infinita distesa
di quiete statica, nera come l'inchiostro.
E concluderanno
che l'universo è statico e immutabile
e popolato da un'unica oasi centrale di materia
che loro stessi abitano,
un'immagine del cosmo
che noi sappiamo con certezza essere errata.
Forse quei futuri astronomi avranno a disposizione dei rapporti,
tramandati da un'epoca precedente.
come la nostra,
che attestano l'espansione di un cosmo
brulicante di galassie.
Ma quei futuri astronomi
daranno ascolto a tali antiche conoscenze?
O crederanno
in un universo nero, statico e vuoto
rivelato dalle proprie osservazioni all'avanguardia?
Io sospetto la seconda.
Il che significa che noi viviamo
in un'era altamente privilegiata
in cui alcune profonde verità sul cosmo
sono ancora accessibili
allo spirito umano di esplorazione.
A quanto pare non sarà sempre così.
Perché gli astronomi di oggi,
rivolgendo i propri potenti telescopi al cielo,
hanno catturato una serie di fotoni incredibilmente informativi,
una sorta di telegramma cosmico,
miliardi di anni in transito.
Il messaggio che risuona tra le varie ere è chiaro.
A volte la natura protegge i propri segreti
con l'indistruttibile presa
della legge fisica.
A volte la vera natura della realtà riluce
appena al di là dell'orizzonte.
Grazie mille.
(Applausi)
Chris Anderson: Brian, grazie.
La vastità di concetti che hai appena esposto
è vertiginosa, esaltante, incredibile.
Cosa pensi del punto
in cui si trova oggi la cosmologia,
in una sorta di quadro storico?
Ci troviamo al centro di qualcosa di insolito nella storia secondo te?
BG: Difficile a dirsi.
Quando pensiamo che gli astronomi del futuro
potrebbero non avere abbastanza informazioni per comprendere,
la domanda ovvia è che forse già noi ci troviamo in quella posizione,
e certi aspetti profondi e cruciali dell'universo
sono già sfuggiti alla nostra capacità di comprensione
a causa del modo in cui si evolve la cosmologia.
Quindi da quel punto di vista,
forse continueremo a porci domande
senza essere mai in grado di dare risposte definitive.
D'altra parte, ora noi possiamo comprendere
quanto sia vecchio l'universo.
Noi sappiamo
come comprendere i dati della radiazione cosmica di fondo
che fu prodotta 13,72 miliardi di anni fa -
e ancora, oggi possiamo fare calcoli che predicono che aspetto avrà,
e corrisponde.
Per la miseria! E' straordinario!
Quindi, da una parte ciò che abbiamo ottenuto è incredibile,
ma chissà quale sorta di ostacoli ptoremmo trovarci davanti in futuro.
CA: Tu sarai qui anche nei prossimi giorni.
Speriamo che alcune di queste conversazioni possano proseguire.
Grazie. Grazie, Brian. (BG: E' un piacere.)
(Applausi)