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Sean Carroll: Tempo distante e la possibilità di un multi-verso

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    L'universo
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    è davvero grande.
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    Noi viviamo in una galassia, la Via Lattea.
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    Esistono circa un centinaio di miliardi di stelle nella Via Lattea.
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    Se prendete una fotocamera,
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    la puntate verso una parte qualsiasi del cielo,
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    e tenete l'otturatore aperto,
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    avendo la fotocamera attaccata ad un telescopio Hubble Space,
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    vedrete qualcosa del genere.
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    Ognuna di queste piccole masse
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    è una galassia grande quasi come la Via Lattea --
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    un centinaio di miliardi di stelle in ogni massa.
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    Esistono circa cento miliardi di galassie
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    nello spazio conosciuto.
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    100 miliardi è l'unico numero che vi basta sapere.
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    L'età dell'universo, stimata tra adesso e il Big Bang,
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    è di circa cento miliardi di anni canini.
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    (Risate)
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    Il che vi dice qualcosa riguardo al nostro posto nell'universo.
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    L'unica cosa da fare con una foto del genere è ammirarla.
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    E' di una bellezza straordinaria.
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    Mi sono chiesto spesso, quale pressione evolutiva
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    abbia spinto i nostri antenati nelle Veldt ad adattarsi ed evolversi
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    per godersi foto delle galassie
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    che non esistevano per nulla.
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    Vorremmo capirlo anche noi.
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    Da cosmologo, vi chiedo, perché l'universo è così?
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    Supponiamo che l'universo stia cambiando nel tempo.
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    Se prendessimo una di queste galassie e ne misurassimo la velocità,
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    vedremmo che si allontanere da noi.
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    Se prendessimo una galassia anche più lontana,
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    si allontanerebbe anche più velocemente.
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    Per cui, diciamo che l'universo si espande.
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    Ciò significa che, in passato,
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    le cose erano più vicine tra loro.
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    In passato, l'universo era più denso,
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    ed anche più caldo.
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    Se comprimete delle cose tutte insieme, la temperatura sale.
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    Per noi ha un senso.
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    Ciò che per noi non ha poi tanto senso
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    è che l'universo, inzialmente, ai tempi del Big Bang,
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    era molto, molto uniforme.
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    Potreste pensare che non sia una novità.
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    L'aria di questa stanza è uniforme.
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    Potreste dire: "Forse le cose si sono appianate da sole."
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    Ma le condizioni ai tempi del Big Bang erano molto, molto diverse
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    rispetto all'aria di questa stanza.
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    In particolare, le cose erano molto più dense.
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    La spinta gravitazionale delle cose
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    era molto più forte nel Big Bang.
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    Dovete pensare che
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    il nostro universo ha un centinaio di miliardi di galassie,
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    con 100 miliardi di stelle ciascuna.
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    Inizialmente, quelle centinaia di miliardi di galassie
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    erano compresse in un'area grande così --
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    davvero, all'inizio.
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    Immaginate che quella compressione
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    non aveva alcuna imperfezione,
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    nessun piccolo bozzo
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    dove ci fossero più atomi rispetto a qualche altra parte.
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    Se fosse accaduto, sarebbero collassati per effetto della spinta gravitazionale
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    in un enorme buco nero.
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    Mantenere l'universo molto, molto uniforme all'inizio
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    non era facile, richiedeva un'accurata disposizione.
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    E' un indizio del fatto
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    che l'universo, allo stadio iniziale, non era risultato a caso.
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    Qualcosa lo ha modellato in quel preciso modo.
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    Vorremmo sapere cosa sia stato.
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    Siamo riusciti, in parte, a capirlo grazie a Ludwig Boltzmann,
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    un fisico austriaco del 19° secolo.
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    Il contributo di Boltzmann consiste nell'averci aiutato a capire l'entropia.
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    Avrete sentito parlare di entropia.
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    E' il caos, il disordine, la caoticità di un sistema.
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    Boltzmann ci ha lasciato una formula --
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    scolpita anche sulla sua lapide --
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    che quantifica l'entropia.
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    In pratica, ci dice che
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    l'entropia è il numero di modi in cui
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    possiamo arrangiare gli elementi di un sistema affiché non si notino,
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    e che macroscopicamente sembri tutto uguale.
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    Pur avendo l'aria in questa stanza,
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    non notate ogni singolo atomo.
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    Una bassa configurazione entropica
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    è data da pochi aggiustamenti fatti in quella direzione.
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    Una configurazione entropica elevata
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    si ha quando ci sono molti aggiustamenti.
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    Questa teoria è assolutamente cruciale,
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    perché ci aiuta a spiegare
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    la seconda legge della Termodinamica --
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    la legge secondo cui l'entropia aumenta nell'universo,
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    o in punti isolati dell'universo.
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    La ragione per cui l'entropia aumenta
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    è perché ci sono molti più modi
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    di avere un'entropia elevata piuttosto che bassa.
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    E' un'intuizione meravigliosa,
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    ma lascia qualcosa d'irrisolto.
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    L'ipotesi che l'entropia cresca, ad ogni modo,
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    sarebbe la causa di ciò che chiamiamo "linea del tempo",
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    la differenza tra passato e futuro.
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    Ogni differenza esistente
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    tra passato e futuro
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    è dovuta all'aumento dell'entropia --
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    il fatto che si possa ricordare il passato, ma non il futuro.
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    Il fatto che si nasca, si viva, e che si muoia,
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    sempre in quell'ordine,
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    è perché l'entropia aumenta.
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    Boltzmann ha spiegato che se si parte da bassa entropia,
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    è normale che aumenti,
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    perché ci sono molti modi di avere entropia elevata.
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    Ma non ha spiegato
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    perché l'entropia era al minimo all'inizio.
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    Il fatto che l'entropia dell'universo fosse bassa
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    era dovuta al fatto che
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    inizialmente l'universo era molto, molto omogeneo.
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    Vorremmo capirlo.
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    E' il lavoro di noi cosmologi.
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    Sfortunatamente, non è proprio un problema
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    a cui si dà molta rilevanza.
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    Non è una delle prime cose di cui la gente parlerebbe,
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    se si chiedesse ad un moderno cosmologo:
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    "Quali sono i problemi su cui vi state concentrando?"
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    Una persona che ha capito che questo era un problema
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    è stato Richard Feynman.
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    50 anni fa, ha tenuto diverse lezioni.
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    Ha tenuto lezioni di grande successo
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    che sono diventate "Il Carattere della Legge Fisica."
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    Ha tenuto lezioni per le matricole della Caltech
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    che sono diventate "Le lezioni di Fisica di Feynman."
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    Ha tenuto lezioni per i laureati della Caltech
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    che sono diventate "Le lezioni di Feynman sulla gravità."
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    In ognuno di questi libri, in ognuna di queste lezioni,
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    ha enfatizzato questo quesito:
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    Perché l'universo iniziale aveva un'entropia così bassa?
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    E lui dice -- non proverò a copiargli l'accento --
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    dice: "Per qualche ragione, l'universo, un tempo,
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    ha avuto bassa entropia per il proprio contenuto energetico,
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    e da allora l'entropia è aumentata.
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    La linea del tempo non può essere compresa del tutto
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    fino a che il mistero degli esordi della storia dell'universo
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    non passerà
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    da supposizione a comprensione."
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    Quello è il nostro lavoro.
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    Vogliamo sapere -- questo era 50 anni fa. "Sicuramente", penserete,
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    "l'avranno scoperto ormai."
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    Non è vero che l'abbiamo già scoperto.
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    Il motivo per cui il problema è peggiorato,
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    anzichè migliorato,
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    è perché nel 1998
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    abbiamo imparato qualcosa di cruciale sull'universo che prima non sapevamo.
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    Abbiamo scoperto che sta accelerando.
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    L'universo non si sta solo espandendo.
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    Se date un'occhiata alla galassia, se ne sta andando.
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    Se tornaste un miliardo di anni dopo e deste un'altra occhiata,
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    si allontanerebbe ancora più velocemente.
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    Singole galassie si stanno allontanando da noi sempre più velocemente.
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    Per cui l'universo sta accelerando.
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    Diversamente dalla bassa entropia dell'universo iniziale,
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    anche se non abbiamo una risposta a ciò,
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    abbiamo una buona teoria che potrebbe spiegarla,
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    se quella teoria è giusta,
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    ed è la teoria dell'energia oscura.
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    E' l'idea secondo cui lo spazio stesso possiede energia.
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    In ogni minimo centimetro cubo di spazio,
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    che sia o meno occupato,
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    che ci siano o meno particelle, materia, radiazioni o che altro,
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    c'è ancora energia, anche nello spazio stesso.
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    E questa energia, secondo Einstein,
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    esercita una pressione sull'universo.
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    E' un impulso perpetuo
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    che spinge le galassie lontane l'una dall'altra.
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    Poichè l'energia oscura, diversamente da materia e radiazioni,
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    non si dissolve all'espandersi dell'universo.
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    La quantità d'energia in ogni centimetro cubo
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    resta la stessa,
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    anche se l'universo diventa sempre più grande.
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    Ciò ha ripercussioni cruciali
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    su ciò che l'universo farà in futuro.
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    Certo è, che l'universo si espanderà per sempre.
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    Quando avevo la vostra età,
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    non si sapeva che cosa avrebbe fatto l'universo.
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    Alcuni pensavano che l'universo sarebbe collassato di nuovo in futuro.
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    Einstein era legato a quest'idea.
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    Ma se c'è energia oscura, e l'energia oscura non sparisce,
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    l'universo continuerà ad espandersi all'infinito.
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    14 miliardi di anni fa,
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    100 miliardi in anni canini,
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    ma un numero infinito di anni nel futuro.
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    Nel frattempo, per tutte le intenzioni e gli scopi,
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    lo spazio ci sembra finito.
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    Lo spazio potrebbe essere finito o infinito,
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    ma siccome l'universo sta accelerando,
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    ci sono alcune sue parti che non possiamo,
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    e mai potremo, vedere.
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    Esiste una porzione finita di spazio a cui abbiamo accesso,
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    circondata da un orizzonte.
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    Così anche se il tempo continua per sempre,
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    lo spazio per noi è limitato.
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    Infine, lo spazio vuoto ha una certa temperatura.
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    Negli anni '70, Stephen Hawking ci ha detto
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    che un buco nero, anche se immaginate sia nero,
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    in realtà emette radiazioni,
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    se si tiene conto della meccanica quantistica.
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    La curvatura dello spazio-tempo attorno al buco nero
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    dà vita a una fluttuazione meccanica dei quanti,
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    e il buco nero emana radiazioni.
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    Un calcolo molto simile fatto da Hawking e Gary Gibbons
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    ha mostrato che, se c'è energia oscura in uno spazio vuoto,
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    allora l'intero universo emana radiazioni.
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    L'energia dello spazio vuoto
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    da' vita a fluttuazioni dei quanti.
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    E anche se l'universo durerà per sempre,
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    mentre la materia comune e le radiazioni si dissolveranno,
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    ci sarà sempre qualche radiazione,
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    qualche fluttuazione termale,
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    anche in uno spazio vuoto.
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    Ciò significa che
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    l'universo è come una bombola di gas
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    che dura per sempre.
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    Cosa implica ciò?
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    Ciò che implica è stato studiato da Boltzman nel 19° secolo.
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    Egli disse che l'entropia aumenta
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    perché ci sono molti, molti più modi
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    per l'universo di avere un'entropia alta, piuttosto che bassa.
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    Ma è un'affermazione probabilistica.
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    Probabilmente aumenterà,
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    e la probabilità è molto elevata.
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    Non è qualcosa di cui preoccuparsi --
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    l'aria di questa stanza che si concentra tutta da una parte e ci fa soffocare.
  • 8:45 - 8:47
    E' molto, molto improbabile.
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    A meno che non bloccassero le porte
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    e ci chiudessero qui per sempre,
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    allora succederebbe.
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    Ogni cosa permessa,
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    ogni configurazione che possa essere ottenuta dalle molecole in questa stanza,
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    verrebbe ottenuta alla fine.
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    Boltzmann dice, potreste iniziare con un universo
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    che aveva un equilibrio termale.
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    Non sapeva del Big Bang. Non sapeva dell'espansione dell'universo.
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    Pensava che spazio e tempo fossero stati spiegati da Isaac Newton --
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    erano assoluti; erano fermi lì per sempre.
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    La sua idea di un universo naturale
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    prevedeva molecole d'aria che si diffondevano ovunque uniformemente --
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    le molecole di tutto.
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    Ma se siete Boltzmann, se aspettate abbastanza,
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    le casuali fluttuazioni di queste molecole
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    le porteranno a volte
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    verso configurazioni entropiche più basse.
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    E, ovviamente, nel corso naturale delle cose,
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    si espanderanno di nuovo.
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    Non è che l'entropia debba aumentare sempre --
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    potete avere fluttuazioni verso entropia minore,
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    situazioni più organizzate.
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    Se fosse vero,
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    Boltzmann ha partorito
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    due idee che sembrano molto moderne --
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    il multiverso e il principio antropico.
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    Secondo lui, il problema dell'equilibrio termale
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    è che non possiamo viverci.
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    Ricordate, la vita stessa dipende dalla linea del tempo.
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    Non saremmo in grado di rielaborare informazioni,
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    metabolizzare, camminare e parlare,
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    se vivessimo nell'equilibrio termale.
  • 10:03 - 10:05
    Se immaginate un universo molto, molto grande,
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    un universo infinitamente grande,
  • 10:07 - 10:09
    con particelle che si scontrano casualmente tra loro,
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    avverrebbero occasionali fluttuazioni negli stati di minore entropia,
  • 10:12 - 10:14
    e poi tornerebbero come prima.
  • 10:14 - 10:16
    Ma ci sarebbero anche fluttuazioni vistose.
  • 10:16 - 10:18
    A volte, si creerebbe un pianeta
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    o una stella o una galassia
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    o 100 miliardi di galassie.
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    Boltzmann afferma che
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    vivremo solo nella parte del multi-verso,
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    nella parte infinitamente grande di particelle fluttuanti,
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    dove la vita è possibile.
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    E' la sezione dove c'è minore entropia.
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    Forse il nostro universo è solo una di quelle cose
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    che avviene di tanto in tanto.
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    Il vostro compito
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    è di rifletterci sul serio, di capire che cosa significa.
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    Carl Sagan disse una volta
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    che "per fare una torta di mele,
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    devi prima aver inventato l'universo."
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    Ma aveva torto.
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    Secondo quanto proposto da Boltzmann, se vuoi fare una torta di mele,
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    aspetti che un casuale movimento di atomi
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    ti prepari una torta.
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    Ciò succederebbe molto più spesso
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    rispetto ad un movimento casuali di atomi
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    che ti crea un frutteto di mele
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    un po' di zucchero e un forno,
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    e infine ti cucina la torta.
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    Questa prospettiva fa delle previsioni.
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    E le previsioni sono
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    che le fluttuazioni che ci determinano sono minime.
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    Anche se credete che la stanza in cui siamo adesso
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    esista e sia vera e che noi siamo qui,
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    e abbiamo non solo ricordi,
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    ma anche l'impressione che all'esterno ci sia qualcosa
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    chiamato Caltech e Stati Uniti e Via Lattea,
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    è molto più facile che queste impressioni fluttuino casualmente nel vostro cervello
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    piuttosto che fluttuare a caso
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    alla Caltech, negli Stati Uniti e nella galassia.
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    La buona notizia è che
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    quindi questa prospettiva non funziona; non è esatta.
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    Secondo questa previsione noi dovremmo essere una fluttuazione minima.
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    Anche se si lascia da parte la nostra galassia,
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    non si avrebbero 100 miliardi di altre galassie.
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    Anche Feynman l'ha capito.
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    Feynman dice: "Partendo dall'ipotesi che il mondo sia una fluttuazione,
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    tutte le previsioni sono che,
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    se guardiamo una parte del mondo che non abbiamo visto prima,
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    vedremo che è caotica, non come la parte che avevamo guardato prima --
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    entropia elevata.
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    Se il nostro ordine fosse dovuto ad una fluttuazione,
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    non ci dovremmo aspettare ordine ovunque ma solo dove l'abbiamo notato.
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    Quindi, concludiamo che l'universo non è una fluttuazione."
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    Questo è un bene. Ma la domanda è: qual è la risposta giusta?
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    Se l'universo non è una fluttuazione,
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    perché l'universo al suo stadio iniziale aveva bassa entropia?
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    Mi piacerebbe darvi la risposta, ma sto finendo il tempo.
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    (Risate)
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    Questo è l'universo come vi viene presentato,
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    mentre questo è quello realmente esistente.
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    Vi ho appena mostrato questa foto.
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    L'universo si sta espandendo dagli ultimi 10 miliardi di anni.
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    Si sta raffreddando.
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    Ma ne sappiamo abbastanza sul futuro dell'universo
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    per dirne molto di più.
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    Se rimane energia oscura,
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    le stelle consumeranno il loro combustibile nucleare, smetteranno di bruciare.
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    Finiranno in buchi neri.
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    Vivremo in un universo
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    vuoto, fatto solo di buchi neri.
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    Quell'universo durerà 10 anni elevati alla 100 --
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    un po' più a lungo di quanto il nostro piccolo universo abbia vissuto.
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    Il futuro è molto più lungo del passato.
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    Ma anche i buchi neri non durano per sempre.
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    Evaporano,
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    e non rimarrà nulla, se non spazio vuoto.
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    Quello spazio vuoto dura praticamente per sempre.
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    Comunque, ricordate che lo spazio vuoto emana radiazioni,
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    ci sono fluttuazioni termali,
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    che si muovono attorno
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    a tutte le diverse combinazioni
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    dei gradi di libertà esistenti nello spazio vuoto.
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    Anche se l'universo dura per sempre,
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    esiste solo un numero finito di cose
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    che possono accadere nell'universo.
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    Accadono in un certo periodo di tempo
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    uguale a 10 anni elevati alla 10 elevati alla 120.
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    Ecco due domande per voi.
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    Prima: se l'universo esiste da 10 anni alla 10 alla 120,
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    perché siamo nati
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    nei suoi primi 14 miliardi di anni,
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    nel caldo, confortevole ultimo bagliore del Big Bang?
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    Perché non siamo nello spazio vuoto?
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    Potreste dire: "Non ci sarebbe nulla per vivere lì,"
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    ma avreste torto.
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    Potreste essere una fluttuazione casuale fuoriuscita dal nulla.
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    Perché non lo siete?
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    Un'altra domanda per voi.
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    Come ho detto, non conosco la risposta esatta.
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    Vi do la mia previsione preferita.
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    E' in quel modo, e basta. Non c'è una spiegazione.
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    Quando si ha a che fare con l'universo,
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    bisogna accettare i fatti e smetterla di fare domande.
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    O, forse, il Big Bang
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    non è stato l'inizio dell'Universo.
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    Un uovo, un uovo sano, ha una bassa configurazione entropica,
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    eppure, quando apriamo il frigorifero,
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    non diciamo: "Ah, che sorpresa trovare
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    questa bassa configurazione entropica nel mio frigo."
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    Perché l'uovo non è un sistema chiuso;
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    è fatto dalla gallina.
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    Forse l'universo viene da una gallina universale.
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    Forse esiste qualcosa che, in modo naturale,
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    con la comparsa delle leggi della fisica,
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    crea universi come il nostro
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    con basse configurazioni entropiche.
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    Se fosse vero, sarebbe accaduto più di una volta;
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    saremmo parte di un ben più grande multi-verso.
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    E' la mia supposizione preferita.
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    Gli organizzatori mi hanno chiesto di concludere con un pensiero profondo.
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    Il mio pensiero profondo
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    è che la storia mi darà ragione.
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    E tra 50 anni,
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    tutte le mie attuali idee strampalate verranno considerate verità
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    da comunità scientifiche ed esterne.
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    Crederemo che il nostro piccolo universo
  • 15:07 - 15:10
    è solo una piccola parte di un ben più grande multi-verso.
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    Ancora meglio, capiremo cosa è avvenuto con il Big Ben
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    in termini di una teoria
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    che saremo in grado di mettere a confronto con osservazioni.
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    E' una previsione. Potrei aver torto.
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    Ma, come razza umana, pensiamo
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    a come fosse l'universo,
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    e perché per molti, molti anni è rimasto in quel modo.
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    E' emozionante sapere che potremmo scoprire la risposta un giorno o l'altro.
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    Grazie.
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    (Applausi)
Title:
Sean Carroll: Tempo distante e la possibilità di un multi-verso
Speaker:
Sean Carroll
Description:

A TEDxCaltech, il cosmologo Sean Carroll critica -- in un piacevole e provocatorio excursus sulla natura del tempo e dell'universo -- una domanda all'apparenza semplice: perché esiste il tempo? Le possibili risposte delineano una visione sorprendente della natura dell'universo, e del posto che in esso occupiamo.
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDTalks
Duration:
15:34
Laura 劳拉 Leotta added a translation

Italian subtitles

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