UNIVERSO O UNIVERSI: QUANTI INFINITI CI SONO

ALDAI

23-02-2016

Panorama cosmico

Percorso

• Premessa• Il Multiverso: teoria o congettura• Multiverso di livello 1• Multiverso di livello 2• Multiverso di livello 3• Multiverso di livello 4• Critica del Multiverso• Conclusione

Momento di crisi della Fisica

• Nel XX secolo sviluppate due nuove teorie di grande successo

• Relativita’ Generale

• Teoria standard delle particelle elementari

• Entrambe iper-verificate (onde gravitazionali di questi giorni, Bosone di Higgs di 2 anni fa)

• Entrambe precisissime nelle predizioni

Excursus sulle onde gravitazionali

Excursus sulle Onde Gravitazionali

Schema del rilevatore

Segnale atteso

Segnale rilevato

Straordinarieta’

• Non tanto la scoperta, gia’ evidenziata da Hulse e Taylor nel 1993 e premiati col Nobel

• Quanto la sofisticazione tecnologica

• Danno effetti ultramicroscopici

• La terra si e’ contratta di una lunghezza pari a un nucleo atomico

• Si contrae anche lo strumento di misura

• Interferometria estrema

Momento di crisi della Fisica

• Le due teorie sono fra di loro sono incongruenti

• Le Relativita’ ignora la quantizzazione dello spazio-tempo

• La quantistica ignora la gravita’ e la materia oscura

• Entrambe non risolvono l’ origine del Big Bang

• Forte impulso ad andare oltre ma da 40 anni non si progredisce

Momento di crisi della Fisica

• Tutte le straordinarie scoperte fatte in 40 anni confermano le due teorie, quasi a dispetto dei ricercatori

• Nessuna conferma e’ venuta a confortare almeno uno dei tanti indirizzi alternativi intrapresi: – Stringhe – Supestringhe– GUT– Loop Quantum gravity– Teoria M– ToE

Inoltre

• Cosmologia:

– sappiamo che c’e’ stato un Big Bang

– Non sappiamo perche’ e come

– Non siamo ancora riusciti e verificare se la fondamentale ipotesi dell’ inflazione iniziale sia vera o no

– Non sappiamo da cosa e’ costituito il 96% del Cosmo

e

• Quantistica:

– Descrizione accurata delle particelle elementari

– Ignora la gravita’

– Ignora la materia oscura

– Non ha una interpretazione accettata (Funzione d’onda e interpretazioni) della matematica fondante

– Non spiega quasi nulla, e’ come un quadro riproduce ma non spiega

Hawking fuori dal coro

• Dal libro: “Il grande disegno”:

– La filosofia e’ morta

– Sappiamo spiegare l’ origine di tutto: non c’e’ bisogno di un creatore

– La scienza porta la fiaccola della conoscenza

• Ma e’ proprio cosi’:

– Come arbitri vedrete che dovremo fischiare parecchi cartellini gialli a Hawking

Libro di Tegmark

Multiverso: teoria o congettura

• Seguiremo il testo di Tegmark

• Distinzione fra totalita’ della realta’ e nostro Universo osservabile: una sfera di 28 miliardi di anni luce centrata su di noi.

• Al di fuori della sfera una parte diverra’osservabile in futuro, la gran parte mai.

Universo osservabile

Tesi di Tegmark

• Il Big Bang ha generato una realta’ infinita all’ interno della quale esistono infinite bolle come il nostro Universo: livello 1

• Ritiene ragionevole che il Big Bang si sia ripetuto molte volte, come normale legge di natura, ma grazie alle fluttuazioni quantistiche originali imprevedibili, ciascuno con leggi costanti e caratteristiche diverse: livello 2

Big Bang secondo Tegmark

Tipo 1

Tipo 2

Tesi di Tegmark

• Abbracciando la teoria a molti mondi di Everett, sostiene che ogni evento quantistico probabilistico genera in realta’ uno sdoppiamento dell’ universo nello spazio Hilbertiano della funzione d’ onda, percio’ in ogni istante si creano infiniti nuovi universi quantistici: livello 3

• E’ la matematica che crea la realta’ e non viceversa. A qualunque struttura matematica coerente corisponde una diversa realta’: livello 4

Tipo 3

Quadro sintetico di tegmark

Shock

• Che Tegmark sia uscito di senno?

• Questo e’ cio’ che pensa sua moglie

• Occorre considerare pero’ che molti teorici dell’ inflazione sostengono il livello 1 e2 e Hawking sostiene anche il livello 3.

• Tegmark e’ isolato sul livello 4 ma vedremo che il punto gli e’ necessario sbarazzarsi dei paletti di Popper su cosa si puo’ considerare teoria scientifica

Teoria standard del Big Bang-1

• Inizio del Big Bang (non conosciuto)

• Periodo di espansione inflazionaria iniziale che ha reso lo spazio piatto omogeneo e isotropo

• Conseguente raffreddamento e separazione delle forze fondamentali con formazione della radiazione e della materia

• Formazione dei protoni e dei neutroni

• Formazione degli atomi di elio e Idrogeno

Big Bang classico

Teoria standard del Big Bang-2

• L’ universo diviene trasparente e si libera la Radiazione Cosmica di Fondo

• Condensano le prime stelle e le prime galassie• Dopo alcuni miliardi di anni l’ espansione dell’

Universo riprende ad accelerare per il prevalere dell’ energia oscura

• Non sappiamo se l’ Universo e’ finito o infinito, ma deve avere almeno un diametro superiore a 2/300 miliardi di anni

• Non sappiamo cosa ha causato il Big Bang, ne’ le sue condizioni iniziali

Livello 1

• Ipotesi fondanti

– Che l’inizio del Big Bang sia stato un periodo di espansione inflazionistica

– Che tale inflazione sia inarrestabile ed eterna

– Che, essendo evidente che da noi l’ inflazione e’ finita, essa si arresti solo localmente originando in quel punto una bolla universo e continuando ad espandersi eternamente altrove.

Livello 1

• Ne deriva che esistono infinite bolle universo simili alla nostra con tutti i paradossi sulla ripetizione infinita di qualunque combinazione di struttura.

• Vedremo che sotto sotto serpeggia un agenda precisa che si rivelera’ piu’ avanti. Non e’ questo il tipo di multiverso che interessa i suoi sostenitori

Critiche preliminari

• Solo se la forma matematica del potenziale inflattivo e’ di un certo tipo ne deriva che l’ inflazione e’ eterna.

• Ipotesi plausibile, ma arbitraria in quanto non supportata da nessuna evidenza ne’ teorica ne’ osservativa

• Si sta costruendo un castello di carte dalla basi molto fragili e a ogni nuovo piano la situazione peggiorera’

Critiche preliminari

• Tegmark ha scritto il libro sotto l’ influenza della presunta scoperta nel 2014 delle tracce dell’ inflazione nel CMB. La notizia si’ e’ rivelata poi falsa.

• Non c’e’ancora alcuna conferma scientifica che l’ inflazione sia veramente avvenuta.

• Penrose, il maestro di Hawking, ne dubita fortemente sulla base di principi termodinamici. Sostiene la CCC (Universo ciclico)

Libro di Penrose

Cosmologia cilcica conforme

Excursus nelle filosofia della scienza

• Su questo punto Tegmark e Hawking, in sintonia, lanciano un attacco diretto a Popper.

• In sostanza dicono: se una teoria fa predizioni verificate e ne fa altre non verificabili, deve essere accettata comunque o rigettata in blocco.

• La cosa dimostra la poca familiarita’ di Hawking con la filosofia e la sua posizione fideistica sulla esistenza di una teoria del tutto

• Allora dovremmo ancora accettare Tolomeo perche’ prevedeva molto bene la posizione dei pianeti. Congettura e’ e congettura rimane.

Livello 2

• La base del livello 2 si puo’ considerare ragionevole: se il Big Bang e’ avvenuto una volta, perche’ non infinite volte?

• Ci sarebbero quindi infiniti livelli di tipo 1 che costituiscono il livello di tipo 2, naturalmente in assoluto isolamento uno dall’ altro

• Ipotesi quindi non verificabile e non scientifica

Livello 2

• Tegmark assume per valida la teoria delle Stringhe o dei Paesaggi Cosmici. Le dimensioni spaziali arrotolate nelle loro combinazioni danno origine a universi diversi, in cui l’ elettrone e’ gigantesco o la gravita’ non esiste.

• Ci troviamo quindi un’ infinita’ di Universi con leggi fisiche totalmente diverse.

• Come dimostra Tegmark che esistono davvero?

Combinazioni di spazi

Livello 2

• Fa un dimostrazione per assurdo

• Per molte pagine spiega come il nostro universo e’ molto speciale ed equilibrato, con una calibrazione perfetta dei valori delle varie costanti e usa a rovescio lo stesso criterio usato dai creazionisti.

• Da tre possibilita’– E’ stato un caso

– E’ stato Dio o un generico creatore di universi

– E’ solo uno degli infiniti multiversi venuto bene

Livello 2

• Scarta da matematico il primo caso perche’ di una improbabilita’ soverchiante

• Ignora il secondo caso come non degno di discussione

• Usa il terzo caso come dimostrazione della necessita’ del livello 2. Secondo lui solo l’ esistenza del livello 2 spiega il fine-tuning del nostro Universo

• Trascura la quarta possibilita’ che sia necessariamente cosi’ per le leggi di natura e che la teoria delle stringhe sia falsa o incompleta

Excursus sul fine-tuning

• Il problema del fine-tuning o regolazione fine e’ un indicatore fine dell ‘influenza dell’ ideologia nella scienza.

• Per decenni e’ stato l’ argomento principe dei teisti e sminuito o addirittura negato dagli ateisti

• Il multiverso lo ha fatto riscoprire e oggi e’ universalmente accettato come pure il principio antropico ad esso collegato

• Hawking addirittura ne trae la convinzione che l’ idea di un benevolo creatore sia superata da questo paradigma.

Excursus nella sovrapposizione quantistica

• Col livello 3 l’ audace immaginazione di Tegmark tocca il suo apice.

• Esperimento delle due fenditure: dualismo particella onda

• Interpretazione classica di Copenhagen:

• La funzione d’ onda collassa.

Esperimento delle due fenditure

ONDA O PARTICELLA

Funzione d’onda

• Descrive lo stato di un sistema e la sua evoluzione in modo deterministico

• Non ha corrispondenza intuitiva nella realta’

• Funzione complessa (reale +immaginaria) in uno spazio a infinite dimensioni hilbertiano.

• Il suo quadrato da’ la distribuzione statistica di posizione o quantita’ di moto di una particella

• Quando due stati sono correlati esistono contemporanemente

Funzione d’ onda

• Se io guardo la particella si materializza in un solo punto e Copenhagen dice che collassa.

• Everett dice invece gli universi si dipartono nello spazio di Hilbert e si verificano tutti.

• Nel caso del gatto di Schroedinger, il gatto e’ vivo in un universo e morto nell’ altro.

• La fine della correlazione causata dall’ osservazione si chiama decoerenza.

Tipo 3

Livello 3

• Tegmark sposa le tesi di Everett (e cosi’Hawking) e assume un prolificare infinito di nuovi universi, tutti incomunicanti, negli astratti spazi di Hilbert, generati ad ogni decoerenza quantistica ovunque nell’ universo.

• Ma questa e’ scienza?

Livello 3

• Tegmark propone due esperimenti provocatori per verificarne la veridicita’:

• L’ immortalita’ quantistica e il suicidio quantistico

• Se ad ogni evento apparentemente casuale l’ universo si sdoppia, in una delle due copie io sopravvivero’ di piu’. La mia coscienza sopravvivera’ nell ‘ universo in cui io vivo piu’a lungo. Mentre negli altri moriro’ a varie eta’.

Livello 3

• Per voi io muoio alle piu’ varie eta’ nei piu’ vari universi, ma la mia coscienza mi mantiene in quello in cui io vivo piu’ a lungo. Se quindi passerete trionfalmente i 100 anni e piu’ il multiverso esiste, ma nessuno vi credera’ perche’rientrerete nella casistica naturale.

• Piu’ curioso il suicidio quantistico: immaginate di puntare alla vostra tempia una mitragliatrice quantistica che spara o fa cilecca in funzione di una decoerenza quantistica. Ora azionate il meccanismo: la vostra coscienza sopravvive solo nei mondi in cui la mitragliatrice fa cilecca,e ce ne sara’ sempre uno. Se quindi vi accorgete che la mitragliatrice fa cilecca continuamente, significa che l’ interpretazione a molti mondi e’ vera e che una copia di voi sopravvive.

• Gli astanti vi vedranno morire ad ogni bivio casuale e non potranno verificare l’ assunto.

• La vera assurdita’ e’ che Hawking condivide questa ipotesi e la estende anche al passato deducendo che se e’ vera, non solo ci sono infiniti futuri ma ci sono stati infiniti passati

Funzione d’onda

• In realta’ non e’ necessario un osservatore, basta una qualunque interazione con il macrocosmo per terminare la correlazione e provocare la decoerenza.

• A ogni decoerenza un nuovo Universo.

Moderna interpretazione della decoerenza

• Oggi si ritiene che la decoerenza non sia data dalla effettuazione di una osservazione, ma dalla semplice interazione di un sistema correlato con l’ ambiente macroscopico esterno. Questo smorza rapidamente le onde di sovrapposizione ed elimina le interferenze

• Recentemente si e’ finalmente osservato un atomo nei suoi due stati sovrapposti

Moderna spiegazione del gatto di Schroedinger

• Non c’e mai un momento in cui il gatto e’ vivo o morto.

• La sovrapposizione di stati decaduto-non-decaduto dell’ atomo radioattivo e’ smorzata ed eliminata dal dispositivo macroscopico.

• Il gatto o e’ vivo o e’ morto, che io apra la scatola o no.

• Occam uccide il livello 3

Livello 4

• Ipotesi + controversa

• Coerente per approccio ideologico

• Necessaria per aggirare i paletti di Popper e autoproclamarsi teoria scientifica

• Enunciato: l’ Universo e’ descrivibile in modo matematico perche’ la matematica e’ la base della realta’ (Pitagora)

• E’ la matematica la realta’ ultima

Livello 4

• Ad ogni struttura matematica coerente corrisponde da qualche parte una realta’ fisica risultante

• Se qualcosa e’ matematicamente possibile allora esiste

• In modo meno estremistico la teoria della mappatura di Hawking e la sua FEDE nella teoria del tutto sono sostanzialmente la stessa posizione

Livello 4

• Posizione Pitagorica neo-platonica

• La matematica e’ la realta’ assoluta e da origine alla realta’

• Si postula quindi l’ esistenza di una o piu’teorie del tutto e la loro conoscibilita’

• La filosofia data per morta da Hawking, rinasce dalla loro personale fede nella teoria del tutto.

CRITICA DEL MULTIVERSO

• Tegmark stesso elenca le obiezioni piu’importanti alle sue posizioni e dice anche di condividerle, ma scommette su di se’

• Carrellata delle obiezioni piu’ significative per ciascun livello

Obiezioni al livello 1

• Assunzioni indimostrate sull’ origine del nostro Universo:

a) Origine quantistica (incerta, non sappiamo nulla sotto le dimensioni di Planck)

b) Inflazione :nessuna conferma sperimentale, debolezza termodinamica

c) Inflazione eterna: e’ solo uno dei tanti modelli matematici possibili

• Base fragile: c dipende da b che dipende da a

Obiezioni al livello 2

• Assunzioni indimostrate sul livello 2

a) Tutte quelle del livello 1

b) La validita’ della teoria delle stringhe

c) La ripetizione infinita del Big Bang

d) La necessita’ “filosofica” della sua esistenza per spiegare il fine-tuning del nostro universo

e) Per definizione infalsificabile quindi non scientifico

Obiezioni al livello 3

• Assunzioni indimostrate del livello 3

a) Che la teoria a molti mondi di Everett sia la vera interpretazione della realta’

b) Ogni Universo deve essere a bilancio energetico zero (per potersi creare dal nulla) Critica di Penrose

Non ci sono obiezioni al livello 4 in quanto Tegmark esprime solo opinioni di tipo filosofico

Obiezione finale

• Extraordinary claim requires extraordinaryevidence

• La regola d’ oro della scienza e’ qui ampiamente violata sia da Tegmark che da Hawking: ci sono affermazioni straordinarie prive di alcuna evidenza anche minimale

• Sicuramente almeno un’ espulsione per doppia ammonizione.

Conclusioni

• A questo punto a voi la scelta se credere a qualche multiverso o a nessuno

• Tornando alle affermazioni iniziali di Hawking si rilevano a posteriori alquanto avventate (vedi Lord Kelvin 100 anni fa)

• C’ e’ un forte ritorno della filosofia naturale e della scienza per cercare di uscire dalla crisi della cosmologia. Cito ad esempio

Contro i multiversi

Conclusioni

• Quanto alle affermazioni contro l’ esistenza di un creatore, sono basate su un falso sillogismo. Ah… la filosofia

• Il fine-tuning sarebbe la prova di un multiverso altrimenti indimostrabile il quale a sua volta spiegherebbe l’ esistenza di un fine-tuning

• A Milano dicono “Ofele’ fa l’ to meste’”.

• Oggi nessuno puo’ fare il tuttologo, nemmeno Hawking

Conclusioni

• Il fine-tuning e’ una realta’ ormai accettata e consolidata

• Il nostro e’ un universo super calibrato• Di per se’ non e’ ne’ una prova dell’ esistenza di un

creatore ne’ del contrario• La scienza non sara’ mai in grado di dire nulla di

definitivo al riguardo proprio per la sua costitutiva impossibilta’ di accertare la verita’ ultima.

• L’ essenza della scienza e’ che cio’ che sembra vero oggi potrebbe non esserlo piu’ domani

• A ognuno quindi la scelta che la sua buona coscienza gli suggerisce

Parabola del Libro dei Libri

• Uno filosofo trova su un’isola deserta un libro contenente tutto il sapere del mondo scritto in un numero infinito di pagine.

• Passa gli anni a studiarlo e si accorge che piu’ne legge piu’ sembra immensa la parte che non potra’ mai leggere nella sua vita e le cose che non riuscira’ mai a conoscere.

• Il filosofo si chiede: allora perche’ il libro?