Lawrence Krauss

L'universo dal nulla: perché non è necessario Dio per creare l'Universo dal vuoto

Thomas, Patty, Nancy e Robin per avermi ispirato a creare qualcosa dal nulla...

Lawrence M. Krauss

Un universo dal nulla:

Perché c'è qualcosa piuttosto che niente

I diritti di traduzione sono stati ottenuti tramite un accordo con Simon & Schuster Inc. con l'assistenza dell'agenzia letteraria Andrew Nurnberg.

©Lawrence M. Krauss, 2012

È possibile che, in termini di influenza sulla dottrina dell'intelligenza superiore, questo sia il libro scientifico più significativo dopo L'origine delle specie di Darwin.

Krauss è un eccellente pilota che ti guiderà attraverso le tempestose acque intellettuali e ti introdurrà alle idee più moderne sulla natura del nostro cosmo e sul nostro posto in esso. Lettura affascinante.

Niente non è niente. Niente è qualcosa. Ecco perché lo spazio è nato dal vuoto. Questa idea profonda è il tema principale di Un universo dal nulla, un libro che potrebbe spaventare alcuni, ma aprirà nuovi orizzonti alla maggior parte dei lettori. Ma per il fisico Lawrence Krauss si tratta solo di un lavoro quotidiano.

La nostra generazione è stata testimone di una rivoluzione nella cosmologia paragonabile alla rivoluzione di Copernico. E questo libro ne è una guida brillante, affascinante ed esauriente.

In Un universo dal nulla, Lawrence Krauss offre un'affascinante panoramica saggistica dello stato attuale delle cose in cosmologia, la branca della scienza che ci racconta il lontano passato e l'ancor più distante futuro dell'universo. Si scopre che tutto è fortemente connesso con il “niente” e il “niente” è con Dio. Questo è un libro brillante che non puoi mettere giù.

Tutti dicono che dal nulla non si può ricavare nulla. Fortunatamente, Lawrence Krauss non li ha ascoltati. E infatti, mentre legge questo libro sul “niente” universale, al lettore accade qualcosa di significativo e, prima che tu te ne accorga, la tua mente inizia ad espandersi alla velocità del giovane Universo.

IN l'anno scorso L’universo era costantemente scosso da idee brillanti e scoperte sorprendenti, e Lawrence Krauss ne era sempre al centro. Con la sua vivacità caratteristica e gli espedienti ingegnosi, ha reso questa straordinaria storia meravigliosamente comprensibile. Il culmine del libro è un'intrepida risposta scientifica alla più grande domanda dell'esistenza: perché c'è qualcosa al mondo e non niente?

In questo libro, scritto in modo semplice e arguto, Lawrence Krauss fornisce prove convincenti del fatto che il nostro universo, in tutta la sua complessità, un tempo era in uno stato di grande densità e temperatura, e di come questa scoperta abbia incoraggiato i teorici a fare ipotesi affascinanti su come tutto ciò realmente iniziò.

In questo libro meravigliosamente informativo, Lawrence Krauss - come sempre spiritoso, eloquente e comprensibile - parla dei tentativi degli scienziati moderni di rispondere alle domande più grande domanda: Come è potuto accadere che l'universo sia nato dal nulla? Questa domanda urgente ha sconcertato sia filosofi che teologi, ma la fisica può offrire risposte abbastanza plausibili, come mostra la spiegazione chiara e comprensibile di Krauss. Questo libro è una vittoria della fisica sulla metafisica, della ragione e dello spirito di ricerca sull'ignoranza e sui miti, evidente a tutti: Krauss non solo illumina, ma diverte.

Dall'editore

Da dove viene l'Universo? Cosa è successo prima del Big Bang? Cosa ci riserva il futuro? E infine, perché al mondo c'è qualcosa e non niente?

Il famoso fisico Lawrence Krauss risponde a queste e ad altre domande secolari in un'affascinante lezione di divulgazione scientifica disponibile su YouTube. Questa conferenza ha già attirato l'attenzione di quasi un milione di persone. Di particolare interesse è ultima domanda- è al centro dei dibattiti religiosi e filosofici sull'esistenza di Dio e tradizionalmente serve come argomento nelle controversie con coloro che non considerano così necessaria l'“ipotesi di Dio”. Tuttavia, Krauss osserva che, storicamente, gli scienziati si sono concentrati su altre questioni più urgenti, come capire come funziona effettivamente l’universo, cosa che alla fine ci aiuta a migliorare la qualità della nostra vita.

Così, l'eminente fisico teorico Lawrence Krauss racconta una storia della cosmologia che è allo stesso tempo istruttiva e affascinante, mostrando come gli ultimi sorprendenti progressi della scienza stiano ribaltando le questioni fondamentali della filosofia. Krauss è uno dei pochi eminenti scienziati moderni che è riuscito a colmare il divario tra scienza e cultura popolare. Dice che la scienza moderna fornisce risposte alla domanda sul perché c'è qualcosa nel mondo e non niente, e queste risposte sono inaspettate e sorprendenti. Il libro "Un universo dal nulla" descrive in modo accessibile e comprensibile sia "dati osservativi e sperimentali vertiginosamente belli" sia teorie intricate, e da essi ne consegue che non è solo possibile ottenere "qualcosa" dal "niente": da "Niente" Sempre risulta essere "qualcosa".

Krauss ci riporta all'inizio e, come sempre, spiega con arguzia e chiarezza cosa dice la scienza moderna su come è nato l'Universo e, quindi, come finirà. I lettori potranno guardare ai fondamenti stessi dell'esistenza da un punto di vista completamente nuovo - e questo diventerà per loro un'affascinante sfida intellettuale e una vera gioia. E la comprensione che in futuro il nostro Universo diventerà completamente diverso da quello che è ora porta a cambiamenti molto seri nella visione del mondo e influenza in modo significativo la nostra vita attuale. Questo è ciò che dice Richard Dawkins di questo libro: "È possibile che in termini di influenza sulla dottrina dell'intelligenza superiore, questo sia il libro scientifico più significativo dai tempi di Darwin".

"Un universo dal nulla" è un meraviglioso antidoto al pensiero religioso e filosofico obsoleto, un nuovo argomento nelle controversie sull'esistenza di Dio e sulla natura di tutte le cose, dopo di che gli equilibri di potere cambiano per sempre. “Dimenticatevi di Gesù! – scrive Krauss. “Perché tu nascessi, le stelle dovevano morire!”

Lawrence M. Krauss è un rinomato cosmologo, professore e direttore emerito del Progetto Origins presso l'Arizona State University. La rivista Scientific American lo ha definito un raro caso di scienziato capace di esprimere pubblicamente le sue opinioni in pubblico. Krauss è autore di oltre trecento pubblicazioni scientifiche e otto libri, tra cui il bestseller La fisica di Star Trek, e vincitore di numerosi premi internazionali sia per lavori scientifici che letterari. Krauss è un fisico teorico di fama internazionale con una vasta gamma di interessi di ricerca, inclusa la relazione tra cosmologia e fisica delle particelle: Krauss studia le prime fasi dell'universo, la natura della materia oscura, la relatività generale e l'astrofisica dei neutrini. Ha conseguito il dottorato in fisica presso il Massachusetts Institute of Technology nel 1982 e successivamente è stato inserito nella Harvard Fellowship. Nel 1985 entrò a far parte del dipartimento di fisica dell'Università di Yale e nel 1993 si trasferì alla Case Western Reserve University, dove divenne preside del dipartimento di fisica. Dal 2008, Krauss lavora presso l'Arizona State University. Krauss scrive spesso editoriali su giornali e riviste e appare regolarmente alla radio e alla televisione.

Prefazione di Richard Dawkins

Non è successo nulla in questo posto nel 1897.

Cartello sul muro della Woody Creek Tavern, Woody Creek, Colorado

Ci sono poche cose che espandono la mente come l’idea di un universo in espansione. La musica delle sfere è una canzone per bambini, il tintinnio dei campanelli paragonato ai potenti accordi di una sinfonia galattica. Se ricorriamo a un'altra metafora, a un'altra dimensione, allora la polvere dei secoli, la nebbia dei tempi, che siamo abituati a chiamare storia “antica”, vengono rapidamente dissipate dai potenti venti spietati delle ere geologiche. Anche l’età dell’Universo, che Lawrence Krauss ci assicura è di 13,72 miliardi di anni con la seconda cifra decimale, si perde nell’ombra dei trilioni a venire.

Thomas, Patty, Nancy e Robin per avermi ispirato a creare qualcosa dal nulla...

Lawrence M. Krauss

Un universo dal nulla:

Perché c'è qualcosa piuttosto che niente

I diritti di traduzione sono stati ottenuti tramite un accordo con Simon & Schuster Inc. con l'assistenza dell'agenzia letteraria Andrew Nurnberg.

©Lawrence M. Krauss, 2012

È possibile che, in termini di influenza sulla dottrina dell'intelligenza superiore, questo sia il libro scientifico più significativo dopo L'origine delle specie di Darwin.

Richard Dawkins

Krauss è un eccellente pilota che ti guiderà attraverso le tempestose acque intellettuali e ti introdurrà alle idee più moderne sulla natura del nostro cosmo e sul nostro posto in esso. Lettura affascinante.

Niente non è niente. Niente è qualcosa. Ecco perché lo spazio è nato dal vuoto. Questa idea profonda è il tema principale di Un universo dal nulla, un libro che potrebbe spaventare alcuni, ma aprirà nuovi orizzonti alla maggior parte dei lettori. Ma per il fisico Lawrence Krauss si tratta solo di un lavoro quotidiano.

Neil deGrasse Tyson, astrofisico, Museo Americano di Storia Naturale

La nostra generazione è stata testimone di una rivoluzione nella cosmologia paragonabile alla rivoluzione di Copernico. E questo libro ne è una guida brillante, affascinante ed esauriente.

Ian McEwan

In Un universo dal nulla, Lawrence Krauss offre un'affascinante panoramica saggistica dello stato attuale delle cose in cosmologia, la branca della scienza che ci racconta il lontano passato e l'ancor più distante futuro dell'universo. Si scopre che tutto è fortemente connesso con il “niente” e il “niente” è con Dio. Questo è un libro brillante che non puoi mettere giù.

Tutti dicono che dal nulla non si può ricavare nulla. Fortunatamente, Lawrence Krauss non li ha ascoltati. E infatti, mentre legge questo libro sul “niente” universale, al lettore accade qualcosa di significativo e, prima che tu te ne accorga, la tua mente inizia ad espandersi alla velocità del giovane Universo.

Negli ultimi anni, l’universo è stato continuamente scosso da idee brillanti e scoperte sorprendenti, e Lawrence Krauss ne è sempre stato al centro. Con la sua vivacità caratteristica e gli espedienti ingegnosi, ha reso questa straordinaria storia meravigliosamente comprensibile. Il culmine del libro è un'intrepida risposta scientifica alla più grande domanda dell'esistenza: perché c'è qualcosa al mondo e non niente?

Frank Wilczek, premio Nobel per la fisica, autore di La leggerezza dell'essere: massa, etere e l'unificazione delle forze fisiche

In questo libro, scritto in modo semplice e arguto, Lawrence Krauss fornisce prove convincenti del fatto che il nostro universo, in tutta la sua complessità, un tempo era in uno stato di grande densità e temperatura, e di come questa scoperta abbia incoraggiato i teorici a fare ipotesi affascinanti su come tutto ciò realmente iniziò.

Martin Rees, ex presidente della Royal Society di Londra, autore di Our Final Hour

In questo libro meravigliosamente informativo, Lawrence Krauss - come sempre spiritoso, eloquente e lucido - parla dei tentativi degli scienziati moderni di rispondere alla domanda più grande: come ha avuto origine l'universo dal nulla? Questa domanda urgente ha sconcertato sia filosofi che teologi, ma la fisica può offrire risposte abbastanza plausibili, come mostra la spiegazione chiara e comprensibile di Krauss. Questo libro è una vittoria della fisica sulla metafisica, della ragione e dello spirito di ricerca sull'ignoranza e sui miti, evidente a tutti: Krauss non solo illumina, ma diverte.

Da dove viene l'Universo? Cosa è successo prima del Big Bang? Cosa ci riserva il futuro? E infine, perché al mondo c'è qualcosa e non niente?

Il famoso fisico Lawrence Krauss risponde a queste e ad altre domande perenni in un'affascinante lezione di divulgazione scientifica disponibile su YouTube. Questa conferenza ha già attirato l'attenzione di quasi un milione di persone. L'ultima domanda è di particolare interesse: è al centro di dibattiti religiosi e filosofici sull'esistenza di Dio e serve tradizionalmente come argomento nelle controversie con coloro che non considerano l'“ipotesi di Dio” così necessaria. Tuttavia, Krauss osserva che, storicamente, gli scienziati si sono concentrati su altre questioni più urgenti, come capire come funziona effettivamente l’universo, cosa che alla fine ci aiuta a migliorare la qualità della nostra vita.

Così, l'eminente fisico teorico Lawrence Krauss racconta una storia della cosmologia che è allo stesso tempo istruttiva e affascinante, mostrando come gli ultimi sorprendenti progressi della scienza stiano ribaltando le questioni fondamentali della filosofia. Krauss è uno dei pochi eminenti scienziati moderni che è riuscito a colmare il divario tra scienza e cultura popolare. Dice che la scienza moderna fornisce risposte alla domanda sul perché c'è qualcosa nel mondo e non niente, e queste risposte sono inaspettate e sorprendenti. Il libro "Un universo dal nulla" descrive in modo accessibile e comprensibile sia "dati osservativi e sperimentali vertiginosamente belli" sia teorie intricate, e da essi ne consegue che non è solo possibile ottenere "qualcosa" dal "niente": da "Niente" Sempre risulta essere "qualcosa".

Krauss ci riporta all'inizio e, come sempre, spiega con arguzia e chiarezza cosa dice la scienza moderna su come è nato l'Universo e, quindi, come finirà. I lettori potranno guardare ai fondamenti stessi dell'esistenza da un punto di vista completamente nuovo - e questo diventerà per loro un'affascinante sfida intellettuale e una vera gioia. E la comprensione che in futuro il nostro Universo diventerà completamente diverso da quello che è ora porta a cambiamenti molto seri nella visione del mondo e influenza in modo significativo la nostra vita attuale. Questo è ciò che dice Richard Dawkins di questo libro: "È possibile che in termini di influenza sulla dottrina dell'intelligenza superiore, questo sia il libro scientifico più significativo dai tempi di Darwin".

"Un universo dal nulla" è un meraviglioso antidoto al pensiero religioso e filosofico obsoleto, un nuovo argomento nelle controversie sull'esistenza di Dio e sulla natura di tutte le cose, dopo di che gli equilibri di potere cambiano per sempre. “Dimenticatevi di Gesù! – scrive Krauss. “Perché tu nascessi, le stelle dovevano morire!”

Lawrence M. Krauss è un rinomato cosmologo, professore e direttore emerito del Progetto Origins presso l'Arizona State University. La rivista Scientific American lo ha definito un raro caso di scienziato capace di esprimere pubblicamente le sue opinioni in pubblico. Krauss è autore di oltre trecento pubblicazioni scientifiche e otto libri, tra cui il bestseller La fisica di Star Trek, e vincitore di numerosi premi internazionali sia per lavori scientifici che letterari. Krauss è un fisico teorico di fama internazionale con una vasta gamma di interessi di ricerca, inclusa la relazione tra cosmologia e fisica delle particelle: Krauss studia le prime fasi dell'universo, la natura della materia oscura, la relatività generale e l'astrofisica dei neutrini. Ha conseguito il dottorato in fisica presso il Massachusetts Institute of Technology nel 1982 e successivamente è stato inserito nella Harvard Fellowship. Nel 1985 entrò a far parte del dipartimento di fisica dell'Università di Yale e nel 1993 si trasferì alla Case Western Reserve University, dove divenne preside del dipartimento di fisica. Dal 2008, Krauss lavora presso l'Arizona State University. Krauss scrive spesso editoriali su giornali e riviste e appare regolarmente alla radio e alla televisione.

Immagina che il tuo mondo sia nelle vicinanze di un luminare di lunga data, ma un tempo magnifico, gigantesco, evolutivamente simile al Sole, ma molto, molto più grande di esso. Tali stelle possono brillare fino a duemila miliardi di anni e la tua casa cosmica, un pianeta abitato da esseri intelligenti, ruota attorno a una di esse, insieme a molti corpi celesti. Vivi nella piena fiducia di essere al centro dell'universo, che forse non ha più di seimila anni, completamente immobile e giovane.

Di fronte a noi, infatti, ci sono i resti, le isole di un mondo che esiste alla fine dei tempi... in mezzo al nulla... letteralmente...

I suoi abitanti non sapranno mai quanto è vasto l'Universo. Per loro, nel mondo che li circonda non ci sarà nemmeno il minimo accenno al fatto che tutto è creato dalle stelle. E la metafora secondo cui gli atomi nella tua "mano sinistra potrebbero provenire da una stella, e nella tua destra da un'altra" sarà per sempre vuota e vana... Il fatto è che l'Universo in cui si trovano queste creature è così grande, e dal Big Bang, così tanta materia stellare è defluita che nessuna stella o galassia è stata visibile nei cieli per molto tempo.

Nel suo libro "Un universo dal nulla" Fisico americano, specialista in astrofisica e cosmologia, divulgatore scientifico Lawrence Krauss cerca di ripercorrere la storia dell'Universo, che letteralmente è nato dal “nulla”, ma non rifugge affatto questo “niente”, ma, al contrario, ne è saturo, lo contiene nel suo tessuto misterioso e tutt'altro che compreso .

Seguendo lo scienziato cercheremo di capire cos'è l'energia, da dove viene e cos'è questo misterioso “niente”.

In principio c'era l'energia

Secondo la cosmologia moderna, 13,7 miliardi di anni fa, a seguito dell'esodo esplosivo di una quantità infinita di materia da una singolarità infinitamente densa e infinitamente microscopica ⓘ Singolarità cosmologica - lo stato dell'Universo nel passato, quando tutta la materia era "impacchettata" in un volume "infinitamente" piccolo con una temperatura e una densità "infinitamente" elevateè nato il nostro Universo. Il momento in cui la materia lascia la singolarità è chiamato “Big Bang”. L'espansione è ancora in corso e tutte le galassie si stanno allontanando reciprocamente l'una dall'altra. L'Universo tende all'infinito e siamo naturalmente interessati alla domanda su cosa accadrà dopo, qual è la fine dell'Universo?

Krauss descrive le seguenti opzioni di sviluppo.

A seconda della quantità totale di materia nell'Universo, la sua geometria può appartenere a uno dei tre tipi: al cosiddetto aperto chiuso O Piatto.

In questo caso, osserva l'autore del libro, l'universo tridimensionale “piatto” non è affatto una frittella piatta bidimensionale. Si tratta piuttosto di uno spazio tridimensionale per noi intuitivo, in cui i raggi di luce si propagano in linea retta. Un simile universo dovrebbe essere distinto dagli spazi tridimensionali curvi, molto più difficili da immaginare, dove i raggi luminosi, delineando la curvatura dello spazio, non viaggiano in linea retta.

Ciascuna delle geometrie elencate presuppone il proprio scenario e la propria drammaturgia della “fine del mondo”.

Chiuso l'universo un giorno dovrà collassare nuovamente in un processo opposto al Big Bang. Aprire continuerà ad espandersi per sempre a una velocità finita, e Piattoè proprio al confine: rallenterà, ma non fermerà mai la sua espansione.

Se tutto si riduce alla quantità di materia, che dire di noi?

Krauss osserva che la densità iniziale di protoni e neutroni nel nostro Universo fornisce circa il doppio della quantità di materia che possiamo osservare nelle stelle e nel gas caldo. Ma allora dove sono tutte queste particelle?

Supponiamo, continua Krauss, che siano nascosti in alcuni “oggetti oscuri” invisibili. Tuttavia, se calcoliamo quanta di questa certa “materia oscura” deve esserci per spiegare il movimento della materia visibile, ad esempio, nella nostra galassia, troviamo che il rapporto tra tutta la materia e la materia visibile dovrebbe essere di circa 10 a 1.

Ciò significa che la materia oscura non può essere costituita da protoni e neutroni. Semplicemente non ce ne sono abbastanza. Cioè, oltre all'Universo visibile e familiare, c'è qualcosa di nascosto e non ovvio, che, tuttavia, costituisce la sua base.

Va notato che la massa totale delle galassie e degli ammassi visibili e della materia che li circonda è stata stimata pari a circa il 30 per cento della massa totale necessaria per dare origine alla formazione universo piatto. Tutto il resto è contenuto nella misteriosa “materia oscura”. Ma un fatto è un fatto, l'autore del libro si affretta a compiacerci, la "materia oscura" esiste e il nostro Universo è ancora piatto (e perfino piatto con un discreto margine!), il che implica l'esistenza più lunga di tutti questi tipi di universi.

Tuttavia, se le cose stanno davvero così, allora, come hanno scoperto i fisici, il 70% dell’energia dell’Universo non è ancora “disponibile”: non è dentro o attorno alle galassie e nemmeno all’interno dei loro ammassi! E ancora una volta sorge spontanea la domanda: dov'è tutta questa energia?

E qui, prima di procedere a svelare il mistero dell'Universo ("il significato della vita e in generale"), Krauss propone di comprendere le sfumature del mondo quantistico, all'interno del quale proprio questo "niente" è così comodamente nascosto.

Stranezze quantistiche

La fisica delle particelle è strana e non ovvia. In esso accadono cose che non possono essere trovate in analogie in un mondo commisurato alla nostra percezione, dove tutto sembra intuitivo. Ad esempio, gli elettroni in un atomo ruotano nelle loro orbite stabili. Questo è in qualche modo simile al modello planetario sistema solare. Proprio come i pianeti, gli elettroni non si avvicinano alla stella, in questo caso al nucleo atomico. Tuttavia, gli elettroni possono saltare da un'orbita all'altra. Ciò accade quando si verifica una collisione con fotoni o altre particelle. L'orbita vicino al nucleo è la più povera di energia. Più ampia è l'orbita dell'elettrone, maggiore è l'energia della particella. Ma a volte il salto tra le orbite avviene come se fosse del tutto spontaneo, senza ragioni ovvie. E tale transizione avviene da un luogo all'altro nello spazio - tra le orbite - istantaneamente. Sembra così, chiarisce Krauss, come se, in periodi di tempo molto brevi, le particelle facessero un salto con un'accelerazione superiore alla velocità della luce!

Graficamente il salto può essere descritto come segue:

Due segmenti con il vettore e- descrivono il movimento dell'elettrone. Il vettore che collega i segmenti con il movimento dell'elettrone mostra l'ipotetico percorso dell'elettrone lungo il quale si muoverebbe più velocemente della velocità della luce. Pertanto, l'elettrone sembra fare un salto istantaneo nello spazio.

Per capire cosa succede nel segmento in cui ipoteticamente la particella si muove più velocemente della luce, Krauss utilizza la spiegazione del fisico americano e premio Nobel Richard Feynman. Propose una comprensione alternativa: l’elettrone prima si muove in avanti, poi indietro nel tempo (la porzione “superluminale” del movimento), quindi di nuovo in avanti. Tuttavia, secondo Feynman, una carica negativa che si muove all'indietro nel tempo può essere matematicamente facilmente rappresentata da una carica positiva equivalente (positrone), che, senza alterare la nostra immagine del mondo, normalmente avanza nel tempo a velocità normale! In questo caso, la figura può essere interpretata come segue: un elettrone si muove, poi in un altro punto dello spazio si crea “dal nulla” una coppia positrone-elettrone, quindi il positrone incontra il primo elettrone ed entrambi si annichilano (si scontrano e si vengono distrutti con il rilascio di energia). Successivamente rimane un elettrone in movimento.

Quindi non abbiamo a che fare con una particella, ma con tre! Il primo e il secondo, scontrandosi, si annichilano come un positrone e un elettrone, e il terzo va avanti. Ma la cosa più misteriosa e sorprendente è che la seconda e la terza particella nascono letteralmente “dal nulla”! Vengono chiamate particelle che appaiono e scompaiono su scale temporali troppo brevi per essere misurate virtuale.

E lo “spazio vuoto” intraatomico, il “niente”, ribolle letteralmente di particelle virtuali.

Modello di fluttuazione del vuoto

Krauss spiega: “Quando proviamo a stimare quanto esse [le particelle virtuali] potrebbero contribuire alla massa del protone, scopriamo che i quark stessi [un tipo di particella elementare] contribuiscono con una parte molto piccola della massa totale, e che i campi creati da queste particelle [virtuali] contribuiscono alla maggior parte dell’energia che costituisce l’energia a riposo del protone e, quindi, la sua massa a riposo. Lo stesso vale per il neutrone, e poiché siete fatti di protoni e neutroni, lo stesso vale per voi!

L'energia è quasi invisibile

Quindi, continua Krauss, se possiamo calcolare l’effetto delle particelle virtuali sullo spazio vuoto dentro e attorno agli atomi, possiamo calcolare l’effetto delle particelle virtuali sullo spazio vuoto stesso? Calcolo della posizione dell'atomo livelli di energia, comprese le particelle virtuali, hanno dimostrato che la stima di questo spazio energetico "vuoto" è di 120 ordini di grandezza maggiore dell'energia di qualsiasi altra cosa nell'Universo!

Il suddetto 70% dell’energia totale dell’Universo (quella che non è abbastanza “disponibile”) non risiede in alcuna forma di materia, ma piuttosto nello spazio vuoto stesso. ⓘ Lo spazio “vuoto”, il vuoto, secondo i moderni concetti scientifici, ha energia diversa da zero, riempiendo uniformemente l'Universo. Questa densità di energia è comunemente chiamata ipotetica “energia oscura”.

Lawrence Krauss osserva: “L’origine e la natura dell’energia oscura sono senza dubbio il più grande mistero della fisica fondamentale odierna. Non abbiamo una comprensione profonda di come sia nato e perché abbia assunto i significati che ha”. Inoltre, le osservazioni astronomiche mostrano che circa negli ultimi 5 miliardi di anni l’espansione dell’Universo è diventata dominante. È probabile che la natura di questa espansione sia legata ad alcune caratteristiche fondamentali dell'origine dell'Universo. E tutti i segnali suggeriscono che determinerà anche il futuro dell’Universo”.

Ma Krauss si chiede anche: da dove viene tutta questa energia? Come ha fatto una regione microscopicamente piccola a diventare una regione delle dimensioni di un universo, con abbastanza materia e radiazione per spiegare tutto ciò che possiamo vedere? Inoltre, se la densità di energia rimane la stessa, l'energia totale in qualsiasi regione aumenterà, poiché il volume della regione cresce (l'Universo si sta espandendo e ci sono più vuoti in esso. Di conseguenza, sia particelle virtuali che materia oscura). Cosa succede alla legge di conservazione dell’energia in questo caso?

Una risposta potrebbe essere ragionare sull’influenza della gravità sulla materia. Ciò suggerisce che l’energia “positiva” della materia, come la materia e la radiazione, può essere integrata da una forma di energia gravitazionale “negativa”, che semplicemente bilancia l’energia della materia. Cioè, l'energia “positiva” del movimento e dell'espansione è compensata dall'energia “negativa” dell'attrazione gravitazionale. Questa è la particolarità universo piatto.

“Questo può sembrare inverosimile”, osserva Krauss, “ma in realtà, per molti di noi, questa è l’essenza del fascino di un universo piatto”.

Perché non c'è "niente"

Ora torniamo al punto in cui abbiamo iniziato. Dall'immagine che abbiamo disegnato: un pianeta solitario alla fine dei tempi e i suoi abitanti, beatamente fiduciosi che il loro mondo sia immobile e situato al centro dell'esistenza.

L'immagine di un simile futuro, secondo Krauss, sarà piuttosto noiosa rispetto al nostro tempo, che apre all'astronomia tutta la diversità e la grandezza dell'Universo.

Tutte le galassie, la cui abbondanza osserviamo oggi attraverso un telescopio, in futuro inizieranno ad allontanarsi da noi più velocemente della velocità della luce. ⓘ Il paradosso della velocità superluminale è risolto dal fatto che la distanza alla quale gli oggetti cosmici sono separati da noi è così grande che la luce semplicemente non avrà il tempo di raggiungerli, perché lo spazio stesso si espande. E poiché, come notato all'inizio, tutte le galassie e le stelle si allontanano l'una dall'altra, la velocità della luce non sarà in grado di compensare la velocità di espansione dello spazio più la distanza dalla sorgente luminosa a noi.

Le galassie e le stelle prima o poi svaniranno dal cielo, come se non fossero mai esistite. La radiazione relitta, penetrando nell'intero cosmo come traccia del Big Bang, si indebolirà fino a raggiungere un valore incredibilmente piccolo.

Gli astronomi che vivranno “alla fine dei tempi” semplicemente non potranno vedere nulla.

Aggiungiamo che, forse, l'immagine del mondo con un Universo immutabile, statico e praticamente vuoto sarà considerata scientifica, e la vera fantascienza sarà considerata uno spazio in espansione popolato da galassie, derivante da una singolarità.

Ma che dire del vuoto, di quello stesso “niente”?

Lawrence Krauss riassume quanto segue:

• Lo spazio vuoto può contenere energia diversa da zero al suo interno, anche in assenza di materia o radiazione. Quando finisce l’inflazione? ⓘ Inflazione - nel Modello Inflazionistico dell'Universo, questo è il nome dato al processo di espansione iniziato al momento del Big Bang, l'energia immagazzinata nello spazio vuoto viene convertita in energia di particelle reali e radiazioni. Le particelle virtuali sembrano essere oggettivate nel mondo “reale”, ritardate, bloccate in esso, acquisendo stabilità nel tempo.
• L'energia dello spazio vuoto in presenza di gravità non è affatto quella che pensavamo, guidati dal buon senso, finché non abbiamo scoperto le leggi fondamentali della natura. Quando prendiamo in considerazione la dinamica della gravità e la meccanica quantistica, vediamo che questa visione intuitiva e convenzionale non è più corretta. La scienza ci costringe a riconsiderare ciò che ha senso per la struttura dell’universo e non viceversa per noi.

Lo spazio vuoto è difficile da comprendere. È una miscela bollente di particelle virtuali che appaiono e scompaiono in un tempo così breve che non possiamo vederle direttamente.

• Si può presumere che l'evoluzione dell'energia nell'Universo avvenga attraverso la materializzazione dell'energia dello spazio vuoto, del vuoto, del “niente” sotto forma di creazione di particelle. La prima fase è stata l’evento che consideriamo il “Big Bang”.

In questo caso, la risposta all’antica domanda, che risale a Parmenide e Platone, “Perché c’è qualcosa e non niente?”, potrebbe essere: “niente” è instabile, sono potenzialmente universi.

Tuttavia, a dispetto di Krauss, si è tentati di notare che il suo “niente” – sebbene egli sottolinei ripetutamente esattamente il contrario e lo difenda attivamente – non è affatto “niente”, ma una sorta di qualcosa, una sorta di “mascheramento” di essere che si manifesta a noi sotto forma di particelle virtuali e “materia oscura”. Questo non è affatto vuoto e non è affatto assenza di tutto ciò che può essere. Sebbene Krauss ci offra con insistenza proprio questo tipo di "niente", che risale a Platone: l'assenza di tutto ciò che è possibile. Tuttavia, un simile “niente” difficilmente potrebbe essere concepito. Ciò che si pensa è già qualcosa. Pertanto, sarebbe bene solo accennarlo, ma scenario migliore taci su di lui come un buddista.

Lawrence Krauss conclude il libro con la domanda: possiamo accettare e convivere con tale “nulla”? E lui risponde: certo, se riconosciamo il fatto evidente che la natura è più intelligente dei filosofi o dei teologi. L'emergere del "tutto dal nulla" non è un gioco di parole e fantasia, ma una realtà, le cui leggi noi, contrariamente al solito "buon senso", stiamo appena iniziando a scoprire.

Basato sul libro “Un universo dal nulla” di Lawrence Krauss

La meccanica quantistica, con tutti i suoi paradossi, descrive ancora le proprietà degli oggetti esistenti nello spazio newtoniano non curvo. Una futura teoria della gravità dovrebbe estendere le leggi probabilistiche della meccanica quantistica alle proprietà dello spazio stesso (più precisamente, dello spazio-tempo), deformato secondo le equazioni della relatività generale. Nessuno sa davvero come farlo utilizzando rigorosi calcoli matematici.

Nascita fredda

Tuttavia, il percorso verso tale unificazione può essere pensato a livello qualitativo e qui si aprono prospettive molto interessanti. Uno di questi è stato considerato dal famoso cosmologo, professore all'Università dell'Arizona Lawrence Krauss nel suo libro recentemente pubblicato “A Universe From Nothing”. La sua ipotesi sembra fantastica, ma non contraddice affatto le leggi stabilite della fisica.

Si ritiene che il nostro Universo sia nato da uno stato iniziale molto caldo con una temperatura di circa 10 32 Kelvin. Tuttavia, è anche possibile immaginare la nascita fredda degli universi dal puro vuoto, più precisamente dalle sue fluttuazioni quantistiche. È noto che tali fluttuazioni danno origine a moltissime particelle virtuali che sono nate letteralmente dal nulla e successivamente sono scomparse senza lasciare traccia. Secondo Krauss, le fluttuazioni del vuoto sono, in linea di principio, capaci di dare origine a protouniversi altrettanto effimeri, che, in determinate condizioni, passano dallo stato virtuale a quello reale.

Universo senza energia

Cosa è necessario per questo? La prima e principale condizione è che l'embrione del futuro universo debba avere energia totale pari a zero. In questo caso, non solo non è destinato a scomparire quasi istantaneamente, ma, al contrario, può esistere indefinitamente. Ciò è dovuto al fatto che, secondo la meccanica quantistica, il prodotto dell'incertezza del valore energetico di un oggetto e dell'incertezza della sua durata non dovrebbe essere inferiore a un valore finito: la costante di Planck.

La separazione delle interazioni fondamentali nel nostro Universo primordiale aveva il carattere di una transizione di fase. A molto alte temperature le interazioni fondamentali furono combinate, ma quando raffreddate al di sotto della temperatura critica, la separazione non avvenne (questo può essere paragonato al superraffreddamento dell'acqua). In questo momento, l'energia del campo scalare associato all'unificazione ha superato la temperatura dell'Universo, che ha dotato il campo di pressione negativa e ha causato l'inflazione cosmologica. L'Universo iniziò ad espandersi molto rapidamente e al momento della rottura della simmetria (a una temperatura di circa 10 28 K) le sue dimensioni aumentarono di 10 50 volte. In questo momento scomparve anche il campo scalare associato all'unificazione delle interazioni e la sua energia si trasformò nell'ulteriore espansione dell'Universo.

Finché l'energia di un oggetto è rigorosamente pari a zero, è nota senza alcuna incertezza, e quindi la sua vita può essere infinitamente lunga. È grazie a questo effetto che due corpi carichi situati a distanze molto grandi si attraggono o si respingono. Interagiscono attraverso lo scambio di fotoni virtuali che, grazie alla loro massa nulla, si diffondono a qualsiasi distanza. Al contrario, i bosoni vettori di gap che trasportano interazioni deboli, a causa della loro grande massa, esistono solo per circa 10 -25 secondi, per cui queste interazioni hanno un raggio molto piccolo.

Che tipo di universo, anche embrionale, ha energia zero? Come ha spiegato il professor Krauss a Popular Mechanics, non c’è nulla di mistico in questo: “L’energia di un tale universo consiste nell’energia positiva delle particelle e delle radiazioni (e forse anche dei campi di vuoto scalari) e nell’energia potenziale negativa della gravità. La loro somma può essere uguale a zero: la matematica lo consente. Tuttavia, è molto importante che un tale equilibrio energetico sia possibile solo in mondi chiusi, il cui spazio ha una curvatura positiva. Gli universi piatti, e soprattutto aperti, non hanno questa proprietà”.

La transizione di fase è avvenuta tre volte nell'evoluzione dell'Universo: alla temperatura di 10 28 K (la Grande Unificazione delle Interazioni si disintegrò), 10 15 K (il decadimento dell'interazione elettrodebole) e 10 12 K (i quark iniziarono a unirsi in adroni).

Miracoli dell'inflazione

Cosa accadrebbe se le fluttuazioni quantistiche del vuoto dessero origine a un universo virtuale con energia zero, a cui, a causa di incidenti quantistici, fosse concesso del tempo per vivere ed evolversi? Dipende dalla sua composizione. Se lo spazio dell'universo è pieno di materia e radiazione, prima si espanderà, raggiungerà la sua dimensione massima e collasserà in un collasso gravitazionale, sopravvivendo solo una piccola frazione di secondo. Un’altra cosa è se nello spazio esistono campi scalari che possono innescare il processo di espansione inflazionistica. Esistono scenari in cui questa espansione non solo impedisce il collasso gravitazionale dell’universo “bolla”, ma lo trasforma anche in un mondo quasi piatto e illimitato. Pertanto, la sua durata di vita aumenta incommensurabilmente, quasi all'infinito. Pertanto, il minuscolo universo virtuale diventa del tutto reale: enorme e longevo. Anche se la sua età è finita, potrebbe superare l’età attuale del nostro Universo. Pertanto, lì possono apparire stelle e ammassi stellari, pianeti e persino, chissà, vita intelligente. Un universo a tutti gli effetti nato letteralmente dal nulla: questi sono i miracoli di cui è capace l'inflazione!

Segreti dello spazio e del tempo Komarov Viktor

Universo da... "niente"

Universo da... "niente"

L'idea che “dal nulla non nasce nulla” nacque nel V secolo a.C. e. all'epoca di Parmenide. E si è rivelata una delle idee più stabili che ha attraversato i secoli ed è rimasta immutata nelle scienze naturali quasi fino a tempi molto recenti! Solo dieci anni fa, l’ipotesi dell’emergere spontaneo della materia e dell’energia dal “nulla” come risultato di processi puramente fisici era considerata inaccettabile dalla maggior parte degli scienziati naturali…

L’esperienza quotidiana sembra convincerci dell’impossibilità che “nulla” nasca dal “nulla”.

Siamo abituati al fatto che alcuni oggetti o oggetti siano sempre formati da altri oggetti o oggetti. E che non ci sono eccezioni a questa regola.

D'altra parte, il famoso astrofisico inglese moderno P. Davis afferma che l'emergere di “qualcosa” dal “niente” non solo è possibile in linea di principio, ma avviene effettivamente! Da cosa, per esempio, chiede, nascono i pensieri e anche le idee? I pensieri, senza dubbio, esistono realmente, sostiene Davis, e perché si manifestino è necessaria la partecipazione diretta del cervello. Tuttavia, il cervello fornisce solo la realizzazione dei pensieri, ma non ne è la causa. Il cervello stesso non genera pensieri più di quanto un computer generi calcoli. I pensieri possono essere causati (generati) da altri pensieri, così come da sensazioni o informazioni, cioè informazioni archiviate nella memoria o provenienti dall'esterno. Tuttavia, queste considerazioni non rivelano la natura dei pensieri stessi.

Molte persone creative affermano che le loro opere sono il risultato di un'ispirazione inaspettata. Pertanto, la nascita di un dipinto, o di una poesia, o di un brano musicale è in realtà un esempio della nascita di “qualcosa” dal “nulla”. Questo punto di vista è supportato dalle dichiarazioni di numerosi famosi poeti, scrittori e compositori contemporanei. Quindi Andrei Voznesensky afferma: "Senti questa connessione, come se qualcuno ti stesse dettando". Anche Vladimir Soloukhin ha parlato di questo: "Ho scritto poesie - mi è sempre sembrato sotto dettatura di qualcuno". Pensieri simili sono stati espressi dall'eccezionale compositore A. Schnittke: "La musica non è scritta da me, ma catturata... È come se non avessi a che fare con il mio lavoro, ma riscrivendo quello di qualcun altro"...

In linea di principio è possibile. Un punto di vista simile è condiviso da noti fisici e astrofisici moderni come Alan Guth del Massachusetts Institute of Technology (MIT) negli Stati Uniti, Sydney Coleman dell'Università di Harvard e Alex Vilenkin della Tufts University. Credono che il “niente” sia instabile e che l’Universo “sboccia spontaneamente dal “niente”.

La fisica classica vedeva l’Universo come un gigantesco meccanismo a orologeria. La nuova fisica quantistica ha distrutto questo schema laplaceano. A livello atomico, la materia e il suo movimento sono incerti e imprevedibili. Naturalmente il mondo atomico non è del tutto esente dalla causalità, ma qui si manifesta in modo ambiguo. caratteristica principale Il “comportamento quantistico”, che è alla base della materia, è la perdita di strette relazioni di causa-effetto.

Tuttavia, la fisica quantistica si applica all’Universo? E se applicabile, in che misura? In ogni caso, l’Universo primordiale era limitato a dimensioni molto piccole! I dati disponibili dalla fisica e dall'astrofisica moderne dicono che le leggi quantistiche dal momento in cui iniziò l'espansione - nella cosiddetta era di Planck - fino a 10 -43 s. ha giocato un certo ruolo. E l'effetto di queste leggi dovrebbe essere preso in considerazione fino a 10 -32 s. dall’inizio dell’inflazione.

Secondo alcuni teorici, fu tra queste due “epoche” che ci fu un momento nel tempo in cui nacque il nostro Universo. Secondo S. Noummen, fu in questo momento che avvenne il “salto di qualità” dal “niente” al “tempo”. Il moderno “spazio-tempo” non è altro che una reliquia di quell’epoca.

Ma da dove veniva l’energia necessaria per l’espansione inflazionistica? Dopotutto, esiste una legge di conservazione dell'energia e l'energia dell'Universo iniziale era pari a zero. Ma il fatto è che la legge di conservazione dell'energia nella sua forma abituale non si applica all'Universo inflazionario. Lo stesso processo di espansione inflazionistica costituisce un aumento dell’energia del vuoto. E solo il decadimento quantistico del falso vuoto ha posto fine a questo processo.

C'è una parabola su un ragazzo che si tirò fuori da una palude aggrappandosi ai lacci delle sue scarpe. L'Universo che si autocrea è molto simile a questo ragazzo: si è tirato su da solo. Questo processo è chiamato bootstrap. Per sua natura, l'Universo suscitò in sé tutta l'energia necessaria per “creare” e “rivitalizzare” la materia, e diede anche inizio all'esplosione che ne diede origine. Dobbiamo la nostra esistenza a questo “bootstrap” cosmico.

Tuttavia, il massimo domanda principale: cosa esisteva e cosa accadeva prima dell'inflazione? In altre parole, come potrebbero nascere “dal nulla” lo spazio e il falso vuoto? In sostanza, l’idea di un “bootstrap” cosmico è vicina al concetto teologico della creazione del mondo dal nulla mediante una forza soprannaturale.

Forse il falso vuoto che ha preceduto l’inflazione era preferibile a causa delle sue caratteristiche condizioni estreme. Ma in realtà l'Universo è nato in un modo o nell'altro e la fisica quantistica è l'unica area della scienza moderna che ci consente di considerare eventi che si verificano senza una ragione apparente.

Da dove viene lo spazio vuoto stesso? Se, secondo la teoria quantistica, le particelle possono nascere “dal nulla”, allora lo spazio non potrebbe nascere “dal nulla” allo stesso modo? In particolare, l'espansione dell'Universo moderno non è altro che il rigonfiamento dello spazio. Ogni giorno il nostro Universo aumenta di 10 18 anni luce cubi.

Secondo la nuova cosmologia, lo stato iniziale del cosmo non ha avuto alcun ruolo, poiché tutte le informazioni su di esso sono state completamente “cancellate” durante l'inflazione. L'Universo che osserviamo porta solo le impronte di quei processi fisici che si sono verificati sin dal suo inizio. Per migliaia di anni si è creduto che “dal nulla non può nascere nulla”. Oggi possiamo dire che “tutto è venuto dal nulla”!

Se vivessimo in un mondo immaginario in cui determinati oggetti appaiono di tanto in tanto "dal nulla", allora, a quanto pare, percepiremmo l'idea dell'Universo stesso che emerge "dal nulla" come qualcosa del tutto possibile. Ma, a proposito, un mondo così immaginario non è così diverso dal nostro mondo reale. Se avessimo la capacità di percepire il comportamento degli atomi e di altri microoggetti non con l'ausilio di strumenti speciali, ma direttamente con l'aiuto dei nostri sensi, molto spesso dovremmo osservare oggetti che appaiono o scompaiono senza una ragione apparente .

Quindi, ad esempio, in campi elettrici molto forti ad un valore critico di intensità, come abbiamo già notato, elettroni e positroni cominciano ad apparire “dal nulla”. Un valore di tensione prossimo al critico esiste vicino al nucleo di un atomo di uranio, costituito da 92 protoni. E se esistesse un elemento chimico il cui nucleo atomico contenesse 200 protoni, vicino a tale nucleo si verificherebbe la creazione spontanea di elettroni e positroni. Questo è un tipo speciale di radioattività quando il decadimento avviene nello spazio vuoto, un vuoto fisico.

Processi simili si verificano vicino alla superficie dei buchi neri, dove la gravità è così forte che lo spazio circostante brulica letteralmente di particelle che nascono continuamente. Questo fenomeno, chiamato "radiazione del buco nero", è stato teoricamente scoperto da Stephen Hawking.

Pertanto, la scienza moderna dipinge su larga scala il quadro di un Universo omogeneo, autoconsistente e “semplice”. Sono queste circostanze che ci permettono di parlare dell'Universo come un tutto unico. La natura di queste proprietà per molto tempo rimasto misterioso. Ma ora sappiamo che le “istruzioni” per creare un tale Cosmo erano contenute nelle leggi della natura.