dirkpitt
Questo riguarda più che altro il viaggio nel tempo, ma parla del Muliuniverso:
Nelle teorie della relatività generale e ristretta lo spazio tridimensionale è combinato con il tempo a formare uno spazio-tempo quadridimensionale. Mentre lo spazio è costituito da punti spaziali, lo spazio-tempo consiste di punti spaziotemporali, o eventi, ciascuno dei quali rappresenta un luogo particolare in un momento particolare. La vita di una persona forma una sorta di "serpente" quadridimensionale nello spazio-tempo: la punta della coda corrisponde all'evento della nascita e l'estremità della testa a quello della morte. Un oggetto visto in un istante qualsivoglia è una sezione tridimensionale di questo serpente lungo, sottile e convoluto; la linea su cui il verme giace (ignorandone lo spessore) è chiamata linea universale dell'oggetto.In ogni punto, l'angolo che la linea universale forma con l'asse del tempo è una misura della velocità dell'oggetto. Normalmente si stabilisce che la linea universale di un raggio di luce determini un angolo di 45 gradi; un lampo di luce che si diffonde in tutte le direzioni crea un cono nello spazio-tempo, denominato cono di luce. Una differenza importante fra spazio e spazio-tempo è che una linea universale - a differenza di una disegnata su carta - non può essere uno scarabocchio arbitrario. Dato che nulla può muoversi più velocemente della luce, (eccetto i tachioni , se esistono), la linea universale di un oggetto fisico non può mai uscire dal cono di luce che ha origine in un qualsiasi evento del suo passato. Le linee universali che rispettano questa condizione sono chiamate linee di tempo. Il tempo, misurato da un orologio, aumenta in senso lungo una linea universale.La relatività ristretta impone che le linee universali di oggetti fisici siano linee di tempo; le equazioni di campo della relatività generale prevedono che corpi massicci come una stella o un buco nero distorcano lo spazio-tempo e curvino le linee universali. In questo modo ha origine la gravità: la linea universale della Terra compie una spirale attorno al Sole, la quale a sua volta spiraleggia intorno a quella del centro della Galassia.Si supponga che lo spazio-tempo diventi così distorto che alcune linee universali formino cappi chiusi pur continuando a rimanere linee di tempo per tutta la loro lunghezza. Localmente esse rispetterebbero tutte le familiari proprietà dello spazio e del tempo, ma sarebbero corridoi verso il passato. Se cercassimo di seguire esattamente una linea di tempo chiusa (detta CTC, closed timelike curve) per tutta la sua lunghezza, andremmo a urtare contro noi stessi nel passato e a causa di quest'urto verremmo estromessi dal nostro stesso passato; seguendo invece solo la parte di una CTC torneremmo nel passato e potremmo partecipare agli eventi che vi si svolgono: potremmo stringere la mano a una versione più giovane di noi stessi o, se il cappio fosse abbastanza grande, far visita ai nostri antenati. Per questo dovremmo o sfruttare una CTC naturalmente esistente o crearne appositamente una distorcendo e lacerando la struttura dello spazio-tempo. Una macchina del tempo, quindi, non sarebbe un tipo speciale di veicolo, ma aprirebbe una via verso il passato che potrebbe essere percorsa da un veicolo normale, per esempio una navicella spaziale. Al contrario di una rotta nello spazio, però, una CTC (o meglio il tubo chiuso che la circonda) si logora se viene percorsa ripetutamente; in essa può stare solo un numero limitato di linee universali. Se la si percorre fino a una particolare evento, si incontreranno tutti coloro che abbiano mai viaggiato, o mai viaggeranno, fino a quell'evento. Il nostro universo oggi contiene CTC, o le conterrà mai in futuro? Non lo sappiamo, ma vi sono varie congetture teoriche su come esse potrebbero formarsi. Il matematico Kurt Godel trovò una soluzione delle equazioni di Einstein che incorpora la CTC; in questa soluzione l'intero universo deve però ruotare su se stesso (secondo le conoscenze attuali, in realtà l'universo non ruoterebbe). Le CTC appaiono anche nelle soluzioni delle equazioni di Eistein che descrivono buchi neri in rotazione ; dato che in questo caso si trascura però la materia in caduta, non è chiaro fino a che punto le soluzioni in questione si applichino a una descrizione realistica dei buchi neri (vedi anche il capitolo i Buchi Neri cunicoli spazio-temporali). Un altro problema è che un viaggiatore nel tempo, dopo aver raggiunto il passato, sarebbe intrappolato all'interno del buco nero, a meno che la velocità di rotazione di quest'ultimo non superasse una soglia critica. Oggi si ritiene improbabile che esistano in natura buchi neri in rotazione così rapida. Forse una civiltà di gran lunga più avanzata della nostra potrebbe iniettare materia al loro interno e aumentarne la velocità di rotazione fino alla comparsa di CTC percorribili, ma molti fisici dubitano che questo sia possibile. John A. Wheeler della Princeton University ha proposto una sorta di scorciatoia nello spazio-tempo, un cosiddetto Wormhole o cunicolo, e Kip S. Thorne del California Institute of Technology e altri hanno mostrato come si potrebbero spostare le estremità di un cunicolo per formare una CTC. Secondo recenti calcoli eseguiti da J. Richard Gott di Princeton, una corda cosmica (un altro costrutto teorico che potrebbe o no esistere in natura) che passasse rapidamente accanto a un'altra corda genererebbe CTC. Attualmente siamo ben lontani dal poter individuare una qualsiasi CTC. Non è da escludere, però, che esse diventino accessibili a una civiltà del futuro, che potrebbe allora tentare di creare paradossi con il viaggio nel tempo. Esaminiamo dunque più da vicino i paradossi in questione per vedere quali principi il viaggio nel tempo potrebbe eventualmente violare secondo la fisica sia classica sia quantistica.
L'autonomia è una proprietà logica che si suppone sia posseduta dalle leggi della fisica in quanto costituisce il fondamento di tutta la scienza sperimentale: normalmente diamo per scontato di poter sistemare le nostre apparecchiature in qualsiasi configurazione sia permessa dalle leggi fisiche e non dubitiamo che il resto dell'universo continuerà a badare a se stesso. In assenza di CTC, sia la fisica classica sia quella quantistica rispettano il principio di autonomia; in loro presenza, però, la fisica classica si comporta diversamente, a causa di quello che Jhon L. Friedmann dell'Università del Wisconsin e altri chiamano principio di autoconsistenza o di coerenza intrinseca. In base a esso, possono manifestarsi localmente solo le configurazioni di materia che sono globalmente autoconsistenti; ciò significa che il mondo all'esterno del laboratorio può porre vincoli fisici alle azioni che esercitiamo all'interno di esso, anche se tutto ciò che stiamo facendo è localmente compatibile con le leggi della fisica. Di solito non siamo consapevoli di questo vincolo perché i principi di autonomia e di autoconsistenza non entrano mai in conflitto; da un punto di vista classico, però, in presenza di CTC essi possono essere incompatibili.
Tutto questo, però, è puramente accademico, dato che la fisica classica è falsa. Vi sono molte situazioni in cui essa costituisce un eccellente approssimazione della realtà, ma quando ci si trova in presenza di CTC, non vi arriva neppure vicino. Una cosa che già sappiamo sulle CTC è che, per poterle comprendere, è necessario utilizzare la meccanica quantistica. In effetti, Stephen W. Hawking dell'Università di Cambridge ha sostenuto che gli effetti quantistici impedirebbero alla CTC di formarsi oppure distruggerebbero il volenteroso viaggiatore nel tempo che osasse avvicinarsi a una di esse. Secondo i calcoli di Hawking, i quali impiegano un'approssimazione che ignora gli effetti gravitazionali dei campi quantistici, le fluttuazioni di questi campi si avvicinerebbero all'infinito in prossimità di una CTC. Le approssimazioni sono inevitabili fino a che non si scoprirà esattamente come quantizzare la gravità; ma uno spazio-tempo che contenga CTC spinge le tecniche attuali al di là dei limiti in cui possono essere applicate in maniera affidabile. Si ritiene che i calcoli di Hawking valgano solamente a dimostrare le manchevolezze di queste tecniche. Gli effetti quantistici che descriveremo, lungi dall'impedire il viaggio nel tempo, in realtà lo faciliterebbero. La meccanica quantistica potrebbe imporre la presenza di CTC. Benché rare a grande scala, queste strutture potrebbero essere abbondanti a livello submicroscopico, dove predominano gli effetti quantistici. Come abbiamo detto, non esiste ancora una teoria soddisfacente della gravità quantistica, ma, secondo molte delle versioni che ne sono state proposte, lo spazio-tempo, pur apparendo uniforme a grandi scale, avrebbe una struttura submicroscopica "spugnosa" contenente molti cunicoli e CTC che condurrebbero a circa 10^-42 secondi nel passato. Per quanto ne sappiamo, le particelle subatomiche potrebbero compiere continuamente viaggi nel tempo. Più importante è il fatto che la meccanica quantistica può risolvere i paradossi del viaggio nel tempo. E' la teoria fisica più basilare di cui disponiamo e rappresenta una rottura radicale con la visione classica del mondo. Anziché prevedere con certezza ciò che osserveremo, prevede tutti i possibili risultati di un osservazione e la probabilità di ognuno di essi. se attendiamo che un neutrone decada (in un protone, un elettrone e un antineutrino), con tutta probabilità osserveremo l'evento in circa 20 minuti, ma potremmo anche rilevarlo immediatamente o anche attenderlo a tempo indefinito. Come possiamo comprendere questa casualità? C'è un fattore attualmente sconosciuto nello stato interno dei neutroni che differisce da una particella all'altra e spiega perché ciascuna decada in un certo momento? Questa idea a prima vista attraente si rivela in realtà in conflitto con previsioni della meccanica quantistica confermate sperimentalmente. Sono stati fatti tentativi per salvare le nostre intuizioni classiche modificando la meccanica quantistica, ma si ritiene generalmente che nessuno abbia avuto successo. Così si preferisce prendere alla lettera la meccanica quantistica e adottare una concezione della realtà che rifletta direttamente la struttura della teoria stessa. Nel parlare di meccanica quantistica ci riferiamo a quell'interpretazione che viene definita "a molti universi", proposta nel 1957 da Hugh Everett III. Secondo Everett, se qualcosa può fisicamente accadere, allora accade (in qualche universo). La realtà fisica consiste in una collezione di universi alla quale talvolta si dà il nome di "multiuniverso". Ciascun universo del multi universo contiene una propria copia del neutrone di cui vorremmo osservare il decadimento. Per ciascun istante in cui il neutrone potrebbe decadere, esiste un universo nel quale decade in quell'istante; e dato che lo osserviamo decadere in uno specifico istante, anche noi esistiamo in molteplici copie, una per ciascun universo. Se qui osserviamo il neutrone decadere alla 10 e 30, in un altro universo lo vedremo alle 10 e 31 così via. Applicata al multiuniverso, la teoria quantistica è deterministica: prevede la probabilità propria di ciascun risultato imponendo in quale frazione di universi si abbia quel risultato. L'interpretazione data da Everett della meccanica quantistica è tuttora dibattuta dai fisici. La meccanica quantistica è per lo più usata come uno strumento di calcolo che, una volta forniti i dati ingresso (le informazioni su un processo fisico), dà la probabilità di ogni possibile risultato. Nella maggioranza dei casi non è necessario interpretare gli aspetti matematici della descrizione di quel processo. Vi sono tuttavia due branche della fisica - la cosmologia quantistica e la teoria quantistica della computazione - nelle quali ciò non è sufficiente: esse infatti si occupano specificamente ed esclusivamente dei meccanismi interni dei sistemi fisici studiati. Gran parte dei ricercatori attivi in questi due campi accetta l'interpretazione di Everett.
Secondo la meccanica quantistica gli universi si collegano sempre in modo tale da permetterle di portarli a termine in modo coerente.
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