L'Universo è finito o infinito? È l'unico possibile, o ne esistono altri? E, soprattutto, come si spiega il fatto che le sue leggi consentano l'esistenza della vita? Siamo soli o esistono altre forme di vita intelligente? Queste sono alcune delle domande al centro del Colloquium dal titolo “La natura dell’Universo: cosa sappiamo e cosa non sappiamo” del cosmologo George Ellis, Professore Emerito all’Università di Cape Town e Fellow della Royal Society, in programma il 18 novembre alle ore 15.30 nell’Aula Magna “Paolo Budinich” della SISSA.
Il Colloquium fa parte di una giornata dedicata a celebrare il centenario della nascita di Dennis Sciama, uno dei padri della cosmologia moderna, mentore di grandi scienziati, tra cui George Ellis stesso, ma anche Stephen Hawking, Martin Rees, Brandon Carter, David Deutsch. Sciama fu direttore del gruppo di astrofisica alla SISSA dal 1983 al 1998 e a lui si deve la crescita e l’affermazione internazionale del settore della Scuola. Molti dei temi di ricerca attivi oggi alla SISSA, dalla cosmologia all’astrofisica alla fisica astroparticellare gravitazionale, sono il naturale proseguimento di una tradizione culturale iniziata con lui, sia nei temi sia nella metodologia di ricerca.
In occasione di questo anniversario, la SISSA ha rinnovato la "La storia dell’Universo a colpo d’occhio. 13.8 miliardi di anni in 130 metri", già precedentemente allestita nel corridoio del sesto piano dell’istituto a lui dedicato. Alle celebrazioni parteciperà anche Susan Sciama, figlia dello scienziato.
Colloquium SISSA: “La natura dell’Universo: cosa sappiamo e cosa non sappiamo”
Abstract. La cosmologia è una scienza che si basa sulle interazioni fisiche conosciute e sulle osservazioni di oggetti astronomici (galassie, sorgenti radio, quasar, pulsar) e, soprattutto, sullo spettro di potenza e sullo spettro di potenza angolare della radiazione cosmica di fondo a microonde. Questi elementi hanno rivelato la vastità e l’età dell’Universo. Esso presenta una geometria semplice: su scale molto grandi, è sia spazialmente omogeneo che isotropo. Di conseguenza, non ci troviamo al centro dell’Universo: non esiste un centro. L’Universo si evolve sia geometricamente che fisicamente. All’inflazione nell’Universo primordiale seguono il Big Bang caldo, il disaccoppiamento tra materia e radiazione, la formazione di strutture (galassie, stelle e pianeti) e la comparsa della vita. Probabilmente l’Universo continuerà a espandersi per sempre.
Tre grandi incognite sono l'origine dell'inflazione cosmica, la natura della materia oscura e dell’energia oscura (le ipotesi sull’energia oscura sono fisicamente inverosimili se sostengono che w < -1). Esistono alcune tensioni: la tensione di Hubble, la tensione del parametro di raggruppamento, la tensione dipolare e l’apparente comparsa di galassie e buchi neri in epoche troppo remote.
Esiste inoltre il problema della costante cosmologica: la densità di energia del vuoto prevista dalla teoria quantistica dei campi presenta un errore di 120 ordini di grandezza. Questo problema trova soluzione se la teoria di gravità sottostante è la gravità unimodulare. Esiste una serie di orizzonti effettivi che limitano ciò che conosciamo: la superficie di ultima dispersione (LSS) impedisce di vedere epoche precedenti, l’orizzonte visivo limita ciò che possiamo osservare, l’orizzonte fisico limita le energie che possiamo testare.
Non sappiamo se l’Universo sia spazialmente finito o infinito, né se abbia una topologia spaziale esotica. Non sappiamo se l’Universo abbia avuto un inizio (una possibilità è che ci sia stato un rimbalzo da una precedente fase di collasso). Se avesse avuto un inizio, ciò che è accaduto «prima» non è descritto dalla scienza: la fisica allora non esisteva. La questione fondamentale di fondo è l’unicità dell’Universo: non possiamo condurre esperimenti su altri universi né osservarli – ammesso che esistano. Di conseguenza, non possiamo stabilire leggi che regolino l’esistenza degli universi, né spiegare perché l’Universo esista e perché abbia la natura che ha.
Una domanda importante è: perché l’Universo permette l’esistenza della vita? (la questione “antropica”). Una soluzione proposta è l’esistenza di un multiverso; ma ciò presenta problemi significativi, oltre a essere indimostrabile. Esiste vita intelligente altrove nella nostra Galassia/nell’Universo? Quasi certamente sì, in entrambi i casi. Possiamo interagire con essa? No (non esistono «wormhole» nello spazio-tempo). Infine, no, non viviamo in una simulazione.
Biografia. George Ellis, Fellow della Royal Society, è professore emerito di Matematica Applicata all’Università di Città del Capo. Ha conseguito il dottorato di ricerca presso l’Università di Cambridge nel 1964, dedicandosi alla relatività generale e alla cosmologia, e dal 1974 opera presso l’Università di Città del Capo. Ha ricoperto incarichi di visiting professor presso numerose istituzioni internazionali ed è stato professore di Fisica Cosmica alla SISSA. Le sue recenti ricerche vertono sulla filosofia della cosmologia, l’emergere della complessità, la natura della causalità e alcuni aspetti delle neuroscienze. Nel 1999 è stato insignito della medaglia «Star of South Africa» dal presidente Nelson Mandela e nel 2004 ha ricevuto il Premio Templeton. Tra i suoi libri figurano “The Large Scale Structure of Space Time” (1973, con Stephen Hawking), “How Can Physics Underlie the Mind: Top-Down Causation in the Human Context” (2017) e “Relativistic Cosmology” (2021, con Roy Maartens e Malcolm MacCallum).