50 grandi idee fisica quantistica

38 Molti universi

Il bisogno, proprio dell’interpretazione di Copenaghen,

che la funzione d’onda collassi quando si compie una misura

mise in crisi quei fisici che la ritenevano un’ipotesi irrealistica.

Hugh Everett III trovò un modo di aggirare il problema quando,

negli anni ’50, suggerì che nel momento in cui un evento

quantistico ha luogo emergono due universi distinti.

Mentre i fisici comprendevano sempre meglio le particelle e le forze, negli anni ’50 e ’60, in parallelo aumentava il loro bisogno di capire cosa stesse davvero succedendo su scala subatomica. Decenni dopo la sua nascita, l’interpretazione di Copenaghen regnava ancora indiscussa – sostenendo che particelle e onde siano due facce di una stessa medaglia descritta da una funzione d’onda il cui collasso è innescato da una misura del sistema.

Il concetto proposto dal fisico danese Niels Bohr spiegava molto bene gli esperimenti quantistici, ivi compresi il fenomeno dell’interferenza e il comportamento corpuscolare della luce. Le funzioni d’onda, tuttavia, erano un concetto difficile da comprendere. Bohr pensava fossero reali, mentre altri le consideravano una scorciatoia matematica utile per spiegare quello che succede realmente.

La funzione d’onda dice con quale probabilità un elettrone, per esempio, si trova in un certo luogo oppure ha una certa energia.

L’interpretazione di Copenaghen, addirittura, metteva tutto il potere nelle mani di un «osservatore»: quando il gatto di Schrödinger se ne sta tranquillamente seduto nella scatola chiusa, ignaro del pericolo radioattivo, l’ipotesi di Bohr è che il felino si trovi in una sovrapposizione di stati e sia vivo e morto allo stesso tempo. Il suo destino è segnato soltanto nel momento in cui la scatola viene aperta. Ma perché a un gatto dovrebbe importare se un essere umano l’ha visto oppure no? Chi osserva l’Universo in modo da assicurare la nostra esistenza?

Universi multipli  Nel 1957, Hugh Everett proposte un’interpretazione alternativa.

Non gli piaceva l’idea che le funzioni d’onda debbano collassare quando compiamo una misura e che siano necessari, per farlo, degli osservatori.

Una stella lontana come potrebbe sapere di esistere se nessuno l’ha mai vista?

Secondo lui, ogni cosa nell’Universo esiste, in ogni istante, in un unico stato – il gatto è in verità vivo oppure morto. Per gestire tutte le possibilità, devono allora esserci molti universi paralleli dove si realizzano i risultati alternativi. Oggi questa è nota come «interpretazione a molti mondi».

Per quanto non tutti i fisici la ritengano vera – creare tanti universi sembra un’impresa più difficile rispetto a dire a qualche fotone cosa deve fare – la teoria dei molti mondi ha avuto qualche successo. L’americano Bryce DeWitt, esperto di relatività che coniò il termine «molti mondi», promosse l’idea nel corso degli anni ’60 e ’70. Oggi parecchi fisici utilizzano il concetto di «multiverso» per interpretare coincidenze cosmologiche altrimenti inspiegabili, come il motivo per cui le forze hanno proprio questa intensità che consente agli atomi e alla vita di esistere.

Prima dell’idea di Everett, si pensava che l’Universo avesse una storia unica. Gli eventi si dispiegavano nello scorrere del tempo, producendo una cascata di cambiamenti che rispettavano regole come la seconda legge della termodinamica.

Nell’idea dei molti mondi, ogni volta che un evento quantistico ha luogo, un nuovo universo si separa dal primo.

I molti universi – forse in numero infinito – costruiscono una struttura ramificata, simile a un albero.

Anche se tra gli universi non c’è comunicazione – si separano e dopo ognuno va per la sua strada – alcuni fisici hanno suggerito che potrebbero esserci un po’ di intromissioni tra un universo e un altro. Forse queste interazioni spiegano gli esperimenti sull’interferenza, oppure potrebbero addirittura rendere possibile il viaggio nel tempo.

Benefìci  La bellezza della teoria dei molti mondi è che non c’è più bisogno del collasso della funzione d’onda né di un osservatore che lo causa. Se il gatto di Schrödinger chiuso nella scatola è una miscela di stati possibili, lo deve essere anche lo sperimentatore: lo scienziato che vede che il gatto è vivo è in sovrapposizione con lo scienziato che scopre che il gatto è morto. Il concetto di Everett, pertanto, risolve molti dei paradossi della meccanica quantistica. Ogni cosa che può succedere è già successa in un universo oppure potrebbe succedere in un altro.

L’Universo può esistere indipendentemente dalla presenza della vita. Il gatto di Schrödinger può essere vivo in un posto e morto in un altro, non un mix delle due cose. Anche il dualismo onda-corpuscolo ha senso se sono soddisfatte entrambe le eventualità.

Everett elaborò il proprio modello quando era da poco laureato e lo pubblicò nella sua tesi di dottorato. L’idea dei multiversi non fu immediatamente compresa e addirittura fu disprezzata da alcuni colleghi. Per questo Everett lasciò la ricerca e andò a lavorare per il Dipartimento della Difesa. Fu necessario un articolo divulgativo di Bryce DeWitt in «Physics Today» perché, nel 1970, la sua idea fosse comunicata a un pubblico più ampio.

Problemi  Oggi il concetto di multiverso ha sostenitori e detrattori. I suoi fan lo amano perché soddisfa il principio del rasoio di Occam ed elimina molti comportamenti quantistici non intuitivi. Non si sa però se quella dei molti mondi sia una teoria verificabile sperimentalmente; dipende dal grado con cui i vari universi interagiscono e dalla possibilità di proporre esperimenti che dimostrano l’esistenza di altri mondi. La giuria non ha ancora emesso un verdetto.

Gli scienziati meno soddisfatti da questa interpretazione sostengono che la divisione degli universi sia arbitraria – non è chiaro cosa significhi né come succeda davvero. Il quadro dipinto da Everett, che non ha bisogno di un osservatore, non dà alcun significato all’atto della misura, e in questo modo non è più chiaro perché, come o esattamente quando gli universi dovrebbero ramificarsi.

Restano irrisolti anche molti grandi misteri della fisica fondamentale come la direzione del tempo e il motivo per cui l’entropia cresca sempre (seguendo la seconda legge della termodinamica). Non è chiaro se l’informazione quantistica possa viaggiare nell’Universo più velocemente della luce – se per esempio l’intero Universo si divida ogni volta che una particella appare vicino a un buco nero dall’altra parte del cosmo. Alcuni dei mondi paralleli non potrebbero esistere se le loro proprietà fisiche fossero incompatibili.

Stephen Hawking vede la teoria dei multiversi come «banalmente vera», un’utile approssimazione per calcolare le probabilità anziché una profonda interpretazione dell’Universo reale. Sprezzante dei tentativi di provare a comprendere il significato del mondo quantistico, ha detto: «Quando sento parlare del gatto di Schrödinger, cerco la pistola».