«Anche questo articolo è “eterno”, nel senso che non sono certo che verrà completato entro un tempo finito”, scherzava il fisico belga Thomas Hertog nel luglio scorso, presentandolo al Centre for Theoretical Cosmology dell’università di Cambridge in occasione del 75esimo compleanno di Stephen Hawking. Ebbene, ora quel paper – anticipato online ormai da un anno e già ampiamente commentato, in particolare dopo la morte del suo autore, avvenuta il 14 marzo scorso – è giunto alle stampe. Lo ha pubblicato la rivista open access Jhep, il Journal of High Energy Physics. Scritto da Hawking ed Hertog e intitolato “A Smooth Exit from Eternal Inflation?” – che tradotto in italiano suonerebbe come “Un’uscita morbida dall’inflazione eterna?”, con un significativo punto di domanda alla fine – è un articolo ovviamente destinato a far parlare di sé: un po’ per l’argomento intrigante, certo, ma soprattutto per essere l’ultimo studio firmato dal celebre fisico inglese, che ci ha lavorato fino a pochi giorni prima della morte.

Questo il contesto della pubblicazione. Quanto al contenuto, basato com’è su una matematica complessa e su concetti che spaziano dalla meccanica quantistica alla teoria delle stringhe, è complicato comprenderlo persino per gli addetti ai lavori, figuriamoci per noi semplici appassionati. L’argomento, dicevamo, è quello dell’inflazione cosmologica: un periodo, immediatamente successivo al big bang, durante il quale l’universo si sarebbe espanso in modo vertiginoso. Un periodo durato quanto a lungo? Sebbene lo scenario comunemente accettato preveda una durata di appena qualche frazione di secondo, secondo alcuni modelli – quelli, in particolare, dell’universo a bolle – si tratterrebbe di un processo in alcune “porzioni” del cosmo tutt’ora in corso. Questo perché gli effetti quantistici all’origine dell’inflazione, invece di arrestarsi, non farebbero altro che propagarsi all’infinito, innescando a cascata un’inarrestabile ramificazione di processi inflattivi in nuove regioni dell’universo. E dando così origine a una struttura a bolle – un frattale senza fine, ipotizzano alcuni – nella quale ciascuna “bolla” finirebbe per rappresentare un universo a sé. Un vero e proprio multiverso, dunque, nel quale il nostro particolare universo non sarebbe altro che una bolla fra tante – una bolla nella quale, essendo l’inflazione già terminata, si sono potute formare stelle, galassie, pianeti e anche esseri come noi.

La teoria non è nuova, ne abbiamo parlato più volte anche su Media Inaf, soprattutto in relazione alla possibilità o meno di sottoporla a verifica sperimentale. La novità della proposta di Hawking ed Hertog sta nei limiti che cerca di porre all’infinità di questa struttura a bolle. Arrivando così a isolare un insieme circoscritto di universi possibili.

«Prevediamo che il nostro universo, a grandi scale, sia ragionevolmente liscio (smooth) e globalmente finito. Quindi non è una struttura frattale», aveva detto Hawking lo scorso autunno, al quale l’ipotesi d’un multiverso sconfinato non è mai piaciuta. «La teoria più diffusa dell’inflazione eterna prevede che, globalmente, il nostro universo sia come un frattale infinito, con un mosaico di differenti universi-tasca separati da un oceano inflazionario. Da un universo-tasca all’altro, in quello che nel complesso formerebbe un multiverso, le leggi locali di fisica e chimica potrebbero essere diverse. Ma io non sono mai stato un fan del multiverso. Se la scala dei differenti universi che formano il multiverso è grande o infinita, la teoria non può essere messa alla prova».

«Se da un lato le predizioni dei modelli inflazionari più semplici riguardo alle fluttuazioni di densità primordiali e alla loro statistica sono corroborate dalle più recenti osservazioni cosmologiche, come i dati di anisotropie della radiazione di fondo a microonde di Planck e di surveys di galassie», dice a Media Inaf il cosmologo Fabio Finelli dell’Inaf Oas di Bologna, al quale abbiamo chiesto un commento al paper di Hawking ed Hertog, «domande sulle condizioni iniziali per l’inflazione o sulle sue connessioni con la fisica delle particelle rimangono di interesse centrale per la comunità scientifica. In particolare, secondo la teoria del multiverso, la regione di universo su cui stiamo accumulando osservazioni sempre più precise potrebbe essere solo una delle “bolle” compatibile con la nostra esistenza che fu generata durante una fase in cui le fluttuazioni quantistiche dominavano l’evoluzione globale dell’inflazione. Sebbene sia difficile stabilirlo in base alle presenti e future osservazioni, la nostra “bolla” potrebbe confinare con altre, magari completamente diverse dalla nostra, in cui l’inflazione sia ancora in atto. Come suo ultimo tra importantissimi contributi all’unificazione della meccanica quantistica con la gravità di Einstein, quale l’evaporazione dei buchi neri, Stephen Hawking elabora sulla particolare struttura globale del multiverso ottenuta considerando l’inflazione come un ologramma di una teoria complementare a più dimensioni».

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