L’universo, con la sua vastità incomprensibile e la sua complessità stupefacente, ha da sempre affascinato l’umanità. Da millenni, filosofi, scienziati e pensatori di ogni genere si sono posti domande fondamentali sulla natura dell’universo e sul nostro posto in esso. Una di queste domande, forse la più grande di tutte, riguarda la dimensione dell’universo: è finito o infinito? E se è infinito, come può essere?
Nel corso degli anni, la scienza ha cercato di rispondere a queste domande attraverso teorie e modelli sempre più sofisticati. Una di queste teorie, quella del multiverso, suggerisce che il nostro universo potrebbe essere solo uno tra un numero infinito di universi, ciascuno con le sue leggi fisiche e le sue caratteristiche uniche.
Ma queste teorie portano con sé una serie di paradossi e problemi. Come può esistere un numero infinito di universi? E se l’universo è infinito, cosa significa per la nostra comprensione della realtà? Queste sono alcune delle domande che proveremo ad esploreremo di seguito, a cominciare proprio dal paradosso dell’infinito.
La domanda cui tutti cercano di trovare una risposta infatti è se l’universo sia infinito e se abbia un limite. E se sì, cosa potremmo vedere se ci andassimo? Oggi sappiamo che l’universo così come lo conosciamo ha avuto inizio 14 miliardi di anni fa e che si sta ancora espandendo.
Ma qualcosa che si espande dovrebbe avere anche un limite, giusto? Beh, in un certo senso lo ha. Le informazioni ad esempio non possono viaggiare più velocemente della luce. Ciò significa che possiamo vedere solo quelle parti dell’universo la cui luce ha avuto il tempo di raggiungerci ed essere misurata negli ultimi 14 miliardi di anni.
Quando guardiamo verso le stelle, quello che vediamo è una sfera in cui siamo posizionati al centro e quello è il nostro universo osservabile. La cosa si complica un po’ però perché ora sappiamo anche l’universo si sta espandendo. Sappiamo infatti che gli oggetti celesti più lontani e di cui riusciamo a vedere la luce sono in realtà a 45 miliardi di anni luce da noi in questo momento.
Quindi, l’universo osservabile è una sfera con un raggio di 45 miliardi di anni luce e contiene circa 200 miliardi di galassie, ognuna con centinaia di miliardi di stelle. Dunque, almeno per noi, l’universo ha un limite: quando alziamo gli occhi al celo è come se guardassimo il passato, fino al punto in cui non c’è più un passato. Pertanto, questo limite dell’universo è più un limite temporale e in un certo senso anche privo di significato.
L’universo reale è sicuramente più grande di quello che possiamo vedere. Ma quanto? Ci sono solo due opzioni possibili: o l’universo è davvero molto grande, ma comunque finito, oppure è veramente infinito. Un universo finito significa che, se si volesse riempirlo di cioccolata, ad esempio, sarebbe possibile farlo.
Servirebbe molta cioccolata, ma sarebbe pur sempre una quantità finita. Ma ciò ci porta a un problema ancora più strano. Un tale universo finito dovrebbe infatti avere un limite, un muro cosmico dove lo spazio finisce. E se c’è un limite, dovrebbe esserci pure qualcosa al di fuori di quel limite. Ma l’universo per definizione è “tutto ciò che c’è”, quindi come potrebbe esserci qualcosa al di fuori di tutto ciò che c’è?
Che senso potrebbe avere l’idea di qualcosa che possa esistere al di fuori del tutto? Fortunatamente, a questa domanda esiste un espediente della fisica in grado di fornire una risposta: teoricamente infatti sarebbe possibile avere un universo senza confini e poterlo comunque riempire con una quantità finita di cioccolata.
E se l’universo fosse veramente finito quindi? Sarebbe sufficiente immaginare un’arancia e una piccolissima formica che cammina sulla sua buccia. La formica può vedere solo un piccolo pezzo della buccia, proprio come noi possiamo vedere solo un piccolo pezzo dell’universo. Ma se la formica iniziasse a camminare, alla fine girerebbe intorno all’intera arancia e tornerebbe al suo punto di partenza.
Quindi, la buccia di un’arancia non è infinita, ma non ha neppure un confine o un limite inteso come fine. Ovviamente l’universo non è come la buccia di un’arancia, ma potrebbe essere molto simile. Invece di una sfera, potrebbe essere considerato una ipersfera, dove lo spazio 3D si avvolge su sé stesso, come la gomma di un pallone, sebbene per il nostro cervello sia molto difficile visualizzare tale concetto.
Ma il punto è che senza nessun confine e senza nulla all’esterno dell’ipersfera, dalla nostra prospettiva di formica umana, tutto il nostro spazio 3D sarebbe proprio come la buccia dell’arancia sulla quale comunque cammineremmo come una minuscola protrusione. Ma poi, che senso avrebbe negare la possibilità dell’esistenza di qualcos’altro al di fuori della nostra bolla esistenziale?
Al di là di tali dubbi, nell’universo finito come la buccia d’arancia, se fossimo a bordo di una navicella spaziale e volassimo in linea retta, alla fine torneremmo sempre sulla Terra. Ma come potrebbe essere possibile? Senza addentrarci troppo nella fisica effettiva, semplifichiamo un po’ il tutto riducendolo alla gravità: ciò accadrebbe perché la massa crea la gravità curvando così lo spaziotempo.
Questa curvatura è più forte o più marcata dove c’è più massa, così come una persona sovrappeso ha più “curve” di una magra, sebbene in un certo senso questa stessa curvatura si allungherebbe per sempre come un elastico, ossia come una stiratura molto lieve nel tessuto dello spaziotempo stesso. Ciò farebbe in modo che l’intero universo si ricurvasse alla fine su sé stesso, creando così l’ipersfera.
Se l’universo dovesse essere davvero una ipersfera quindi, come potremmo misurarlo e capire quanto sia grande effettivamente? Sulla Terra ad esempio possiamo vedere le cose scomparire all’orizzonte e ciò ci aiuta a calcolare quanto sia grande la Terra stessa. Gli scienziati hanno cercato di trovare una sorta di “orizzonte dell’universo” che rivelasse la scala della sfera cosmica. Purtroppo però non hanno visto né trovato nulla.
Ciò significa che se l’universo è una ipersfera, ossia a forma di pallone, deve essere talmente grande che dalla nostra prospettiva sembrerebbe di vivere su una superficie piatta. Affinché ciò abbia senso, un universo ipersferico dovrebbe essere almeno 1.000 volte più grande della nostra parte osservabile dell’universo. Potrebbe essere un bilione di volte più grande per quanto ne sappiamo, ma certo non più piccolo di così nel caso appunto fosse un’ipersfera.
Alcuni scienziati hanno pensato che tutto ciò fosse fin troppo semplice e hanno proposto un’opzione ancora più azzardata: l’universo potrebbe essere come la glassa di una ciambella. Si tratterebbe quindi di una iperciambella, anch’essa molto difficile da visualizzare per il nostro cervello, ed anche in questo caso, se si viaggiasse in linea retta, si tornerebbe al punto di partenza, ma con implicazioni un po’ più divertenti.
In un universo a forma di iperciambella o “ciambellone” non c’è la stessa quantità di materia in tutte le direzioni. Se due astronavi partono dallo stesso punto e volano in direzioni opposte, una potrebbe tornare all’inizio molto prima dell’altra. Ciò implica che anche la luce proveniente da galassie lontane si comporterebbe in modo strano, in una sorta di effetto “galleria degli specchi” cosmico.
Sarebbe possibile pertanto vedere oggetti lontani in due posti contemporaneamente, ma non solo, li vedremmo addirittura in momenti diversi nel tempo come a ore diverse! Ciò sarebbe dovuto al fatto che la sua luce impiegherebbe molto più tempo per viaggiare in una direzione rispetto all’altra. Si potrebbe vedere una stella nascere davanti i propri occhi e vedere la stessa stella morire sul lato opposto del cielo.
Ma quanto sarebbe grande un simile universo iperciambella? Ironicamente, proprio a causa della sua strana forma geometrica, in realtà questo è proprio il più piccolo universo possibile, potenzialmente solo poche volte più grande dell’universo osservabile. Ma potrebbe anche essere molto, molto più grande. Semplicemente, non lo sappiamo nel caso appunto di un universo finito.
E se invece l’universo fosse veramente infinito e lo spazio continuasse a espandersi per sempre? Come sarebbe? In realtà, il modello cosmologico utilizzato dalla maggior parte degli scienziati oggigiorno, descrive appunto un universo infinito.
Questo modello di universo infinito viene usato principalmente per calcolare cosa succede all’interno del nostro pezzo di universo osservabile, ma nella sua architettura più generale prevede appunto un universo infinito. Un universo infinito è quello che va avanti e continua a espandersi per sempre, senza confini da nessuna parte, pressocché impossibile da visualizzare.
Ovunque si guardi in questo universo infinito si troveranno sempre più cose e in ogni direzione possibile. Tali pensieri però in un certo senso ci portano ai limiti del nostro cervello e delle nostre abilità cognitive per svariati motivi.
Innanzitutto, se l’universo è infinito, deve essere necessariamente anche eterno e dunque non sarebbe possibile non chiedersi se sia anche stato lì dov’è da sempre. È possibile che ci sia stato un momento in cui non c’era nulla ovunque e poi tutto all’improvviso sarebbe apparso qualcosa ovunque? La verità è che non sappiamo neppure questo, ma abbiamo molte prove del big bang, quindi sembra davvero che l’universo sia iniziato in un certo punto del passato.
Sappiamo inoltre perché siamo stati in grado di osservare e misurare che dai tempi del big bang l’universo quindi si sta anche espandendo. Eppure, come può e come fa una cosa infinita che è ovunque simultaneamente diventare ancora più grande?
L’espansione cosmica a questo punto per noi significa solo che la distanza tra le galassie sta aumentando con il passare del tempo, come ci si aspetterebbe dalla forza centrifuga d’altronde. Se l’universo fosse infinito quindi, bisognerebbe accettare che anche uno spazio infinito possa diventare più grande.
Benvenuti nei paradossi dell’infinito quindi, che non finiscono certo qui. Più lo si studia infatti, più l’infinito diventa sempre più bizzarro infatti. Mentre si viaggia con la nostra astronave in linea retta, in questo universo infinito troveremmo nuove galassie, stelle e pianeti, nuove meraviglie, nuove cose strane, probabilmente nuove razze aliene e nuove forme di vita più strane di quanto si possa mai immaginare.
Nondimeno, inaspettatamente, dopo molto tempo e dopo un lunghissimo viaggio interstellare, si potrebbe addirittura trovare la cosa più speciale dell’universo: sé stessi. Vale a dire, sarebbe possibile incontrare per pure caso anche una copia esatta di sé che legge questo articolo, proprio in questo momento.
Ma come potrebbe essere possibile tutto ciò? Semplicemente perché tutto ciò che esiste è fatto di una quantità finita di particelle diverse e un numero finito di particelle diverse può essere combinato solo in un numero finito di modi. Quel numero può essere così grande che sembra infinito al nostro cervello, ma in realtà non lo è, soprattutto in termini di grandezze cosmiche.
In altre parole, se si hanno solo opzioni finite per costruire delle cose all’interno però di uno spazio infinito che è pieno di tante altre cose in tutte le direzioni da sempre e per sempre, allora avrebbe senso anche che per puro caso, possa esistere una ripetizione, una copia o un duplicato.
Ad ogni modo, anche solo il fatto che qualcosa sia possibile, non significa certo che essa accadrà effettivamente e forse quindi c’è davvero un solo té stesso. Ma se le leggi della fisica sono le stesse ovunque, allora molto, molto lontano il gas avrebbe potuto dare origine a stelle e pianeti, dove le informazioni genetiche primitive avrebbero potuto emergere dalla chimica come sulla Terra e potrebbero essere finite in cellule e animali che si sono poi evoluti in modi davvero improbabili.
Un esempio di tale evoluzione è dato proprio dall’evoluzione di scimmie che hanno imparano a creare e leggere articoli online. Ciò sappiamo per certo che sia successo almeno una volta, quindi la possibilità che ciò avvenga non è zero. Anche se la possibilità che ci sia una copia esatta di té che legge questo stesso articolo proprio ora è quasi zero, ma quasi zero è comunque un numero enorme in un universo infinito.
Purtroppo però è molto probabile che non si incontrerà mai il proprio sosia, giacché quasi zero significa ancora che la possibilità è incredibilmente piccola. La Terra così com’è adesso è già parecchio improbabile, sebbene esista. Si dovrebbe viaggiare incredibilmente lontano quindi per trovare una seconda Terra identica: le probabilità sono circa 10 alla 10a alla 29a, ossia 1 seguito da 100 quadriliardi di zeri moltiplicato per la dimensione dell’universo osservabile.
Un simile numero è così distante anche solo dalla compressione umana che già intrinsecamente significa lontano praticamente per sempre. Tuttavia, in un universo veramente infinito, ogni combinazione di particelle potrebbe ragionevolmente non solo verificarsi una sola volta ma un numero infinito di volte. Attualmente però nessuna di queste idee è testabile o dimostrabile e per qualcuno anche fortunatamente, con tanto ironia ovviamente.
In conclusione, la nostra comprensione dell’universo comunque è in continua evoluzione. Mentre ci sforziamo di risolvere i misteri dell’infinito, ci troviamo di fronte a nuove domande e sfide. Gli scienziati stanno ora considerando molto seriamente la possibilità del multiverso, un concetto che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo e del nostro posto in esso.
Il termine “multiverso” quindi è usato oggigiorno in fisica teorica per descrivere l’idea che, oltre all’universo osservabile, potrebbero esistere anche altri universi. Questi universi, se esistono, sono separati dal nostro, irraggiungibili e non rilevabili tramite misurazione diretta.
In un universo infinito, ogni combinazione di particelle potrebbe non solo verificarsi una sola volta, ma un numero infinito di volte come abbiamo già detto. Ciò significa che, in teoria, potrebbe esistere un numero infinito di universi, ognuno dei quali è una sfera infinitamente grande ma con un limite temporale noto agli osservatori terrestri. Tuttavia, l’ipotesi del multiverso è fonte di disaccordo nella comunità dei fisici, che la collocano nella scienza di confine.
Ma cosa succederà quando il nostro universo raggiungerà il massimo livello di espansione? Alcuni teorizzano che potrebbe semplicemente implodere su sé stesso, per poi ricominciare da un nuovo “big bang”. Forse un giorno, grazie agli sforzi degli scienziati e alla nostra incessante curiosità, saremo in grado di rispondere a queste domande con certezza. Fino ad allora, continueremo a esplorare, a domandare e a meravigliarci di fronte all’immensità e alla complessità dell’universo in cui viviamo.