C’è qualcosa oltre l’universo?

Paul M. Sutter è un astrofisico al SUNY Stony Brook e al Flatiron Institute, conduttore di Ask a This Webman e This Web Radio e autore di How to Die in This Web .

È una delle domande più avvincenti che potresti porre, una che l'umanità si è posta praticamente dall'inizio dei tempi: cosa c'è oltre i limiti conosciuti? Cosa c'è oltre il bordo delle nostre mappe? La versione definitiva di questa domanda è: cosa c'è al di fuori dei confini dell'universo ?

La risposta è bene, è complicato.

Cos'è l'universo?

Per rispondere alla domanda su cosa c'è al di fuori dell'universo, dobbiamo prima definire esattamente cosa intendiamo per "universo". Se lo prendi nel senso letterale di tutte le cose che potrebbero esistere in tutto questo Web e in tutto il tempo, allora non può esserci nulla al di fuori dell'universo. Anche se immagini che l'universo abbia una dimensione finita e immagini qualcosa al di fuori di quel volume, allora anche tutto ciò che è esterno deve essere incluso nell'universo.

Anche se l'universo è un vuoto senza forma, senza forma, senza nome di assolutamente nulla, è ancora una cosa ed è contato nell'elenco di "tutte le cose" e, quindi, è, per definizione, una parte dell'universo .

Se l'universo è di dimensioni infinite, non devi davvero preoccuparti di questo enigma. L'universo, essendo tutto ciò che c'è, è infinitamente grande e non ha margini, quindi non c'è nemmeno un esterno di cui parlare.

Oh, certo, c'è un esterno nel nostro pezzo osservabile dell'universo. Il cosmo è così vecchio e la luce viaggia così velocemente. Quindi, nella storia dell'universo, non abbiamo ricevuto luce da ogni singola galassia. L'attuale larghezza dell'universo osservabile è di circa 90 miliardi di anni luce. E presumibilmente, oltre quel confine, c'è un mucchio di altre stelle e galassie casuali.

Ma oltre? È difficile da dire.

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La curvatura del cosmo

I cosmologi non sono sicuri se l'universo sia infinitamente grande o semplicemente estremamente grande. Per misurare l'universo, gli astronomi guardano invece alla sua curvatura. La curva geometrica su larga scala dell'universo ci racconta la sua forma complessiva. Se l'universo è perfettamente geometricamente piatto, allora può essere infinito. Se è curva, come la superficie terrestre, allora ha un volume finito.

Le attuali osservazioni e misurazioni della curvatura dell'universo indicano che è quasi perfettamente piatto. Potresti pensare che questo significhi che l'universo è infinito. Ma non è così semplice. Anche nel caso di un universo piatto, il cosmo non deve essere infinitamente grande. Prendi, ad esempio, la superficie di un cilindro. È geometricamente piatto, perché le linee parallele disegnate sulla superficie rimangono parallele (questa è una delle definizioni di "piattezza"), eppure ha una dimensione finita. Lo stesso potrebbe valere per l'universo: potrebbe essere completamente piatto ma chiuso su se stesso.

Ma anche se l'universo è finito, non significa necessariamente che ci sia un limite o un esterno. Potrebbe essere che il nostro universo tridimensionale sia incorporato in un costrutto multidimensionale più grande. Va benissimo ed è davvero una parte di alcuni modelli fisici esotici. Ma attualmente, non abbiamo modo di testarlo e non influisce davvero sulle operazioni quotidiane del cosmo.

E so che questo è estremamente fastidioso, ma anche se l'universo ha un volume finito, non deve essere incorporato.

Una questione di prospettiva

Quando immagini l'universo, potresti pensare a una palla gigante piena di stelle , galassie e ogni sorta di interessanti oggetti astrofisici. Puoi immaginare come appare dall'esterno, come un astronauta vede la Terra da un'orbita serena sopra.

Ma l'universo non ha bisogno di quella prospettiva esterna per esistere. L'universo è semplicemente. È del tutto matematicamente autoconsistente definire un universo tridimensionale senza richiedere un esterno a quell'universo. Quando immagini l'universo come una palla che fluttua in mezzo al nulla, stai giocando a te stesso uno scherzo mentale che la matematica non richiede.

Certo, sembra impossibile che ci sia un universo finito che non ha nulla al di fuori di esso. E nemmeno "nulla" nel senso di un vuoto completamente e totalmente matematicamente indefinito. Infatti, chiedendo "Cosa c'è fuori dall'universo?" è come chiedere "Che suono fa il colore viola?" È una domanda senza senso, perché stai cercando di combinare due concetti non correlati.

Potrebbe benissimo essere che il nostro universo abbia davvero un "esterno". Ma ancora una volta, questo non deve essere il caso. Non c'è niente in matematica che descriva l'universo che richieda un esterno.

Se tutto questo sembra complicato e confuso, non preoccuparti. Lo scopo principale dello sviluppo di una matematica sofisticata è disporre di strumenti che ci diano la capacità di cimentarci con concetti al di là di ciò che possiamo immaginare. E questo è uno dei poteri della cosmologia moderna: ci permette di studiare l'inimmaginabile.

Risorse addizionali

Il mio libro, "Il tuo posto nell'universo", esplora la nostra concezione in evoluzione del cosmo e il nostro posto al suo interno, ed è un ottimo posto per iniziare il tuo viaggio (si apre in una nuova scheda). E l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mantiene una FAQ sull'universo, che puoi trovare qui (si apre in una nuova scheda).

Bibliografia

  • "Curvatura dell'universo", The Ohio State University. http://www.astronomy.ohio-state.edu/~ryden/ast162_9/notes40.html
  • Luminet, JP "Lo stato della topologia cosmica dopo i dati di Planck", 2016. Universo 2 (1): 19. arXiv: 1601.03884
  • Nasa. "L'universo si espanderà per sempre?" 24 gennaio 2014. http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html

Scopri di più ascoltando il podcast "Ask a This Webman", disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e askaspaceman.com (si apre in una nuova scheda) . Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter (si apre in una nuova scheda) e facebook.com/PaulMattSutter (si apre in una nuova scheda) .

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