Universo matematico. Ipotesi dell'universo matematico

Perché ha intercettato il prestito incastrando un imprenditore privato? Un milione, ovviamente, è una somma considerevole, ma Khan poteva immaginare approssimativamente quanti milioni girassero nell'impero economico sotto le spoglie di "Sansone". Allora perché aveva bisogno di questo? C'era solo una conclusione: Khan era stato attirato in una trappola. È così che in India cacciano una tigre legando un capretto belante in un cespuglio. Per la giungla urbana era adatto un imprenditore privato disposto a negoziare con Khan. Una capra, sua madre!... Le tigri, ovviamente, sono ghiotte di capre. Ma esiste una razza speciale di predatori: i cannibali. Appaiono sempre nel posto sbagliato e nel momento sbagliato, dove e quando sono in agguato. All'improvviso compaiono da dietro e non afferrano la capra, ma il cacciatore!

La prima trappola è Opel. Diciamo che i ragazzi hanno teso un'imboscata a una capra intraprendente vicino a lui e l'hanno trascinato via. E poi emergeranno riprese video di come sono state attorcigliate le sue braccia, e dopo di esse - una dichiarazione scritta della capra, in cui informa in anticipo l'ufficio del pubblico ministero che il sanguinario Khan gli sta dando la caccia. Per favore, signor Khanurin, si metta nella sua cuccetta, mentre l'italiano prende le redini del governo nelle sue mani bianche senza di lei! Khan, come sempre, non sarà condannato. Ma trascorreranno tre mesi isolati dalla società e loro stessi realizzeranno un radicale rimpasto di forze in questa società.

La seconda trappola è più semplice e più pericolosa. Se Khan accetterà le condizioni dell'imprenditore privato, fisserà un incontro. Una capra piccola, patetica e innocua. Secondo le stime dell'italiano, Khan si precipiterà sicuramente al belante telefonico, dimenticandosi delle precauzioni. Fu allora che gli misero una pallottola in mezzo agli occhi!

Non è una cattiva idea. È solo che nell'organizzare e tenere tali incontri, chiamati "tiratori", Khan non aveva eguali a Kurgansk. Verrà quando sarà chiamato, verrà certamente. Schiaccerà i combattenti italiani e catturerà un paio di lingue, che imporrà nella conversazione in una riunione di emergenza. E poi l'italiano dovrà rispondere di aver rubato un milione e di aver deciso di uccidere Khan senza una buona ragione. Non ci saranno telecamere che monitoreranno l'operazione dai cespugli. Dopotutto, lo stesso italiano è interessato a garantire che l'omicidio di Khan e delle sue guardie avvenga senza testimoni inutili.

Avendo preso una decisione, Khan fu pieno di calma gelida e smise di correre per la stanza. I capisquadra convocati ricevettero nuovi ordini. La ricerca del fratello di Lyakhov dovrebbe essere temporaneamente sospesa, lasciando solo posti sugli approcci alla banca e all'appartamento. Non fare prigionieri, guarda da lontano. Stabilire inoltre una sorveglianza del teatro, segnalando eventuali movimenti sospetti della marmaglia ivi presente. Guida la Opel nel luogo specificato con tutti i contenuti monetari e documentari richiesti. Non lasciare la coda. Informa immediatamente Khan se un importo non in contanti lascia il conto aziendale e scopri dove viene trasferito: non lesinare nel blandire gli operatori. Il direttore della banca dovrebbe essere giustiziato per doppio gioco come avvertimento per gli altri. E Zimin, non appena si presenta, lascia che si avvicini direttamente a Khan. Tutto.

Come dicevano i grandi:

"L'operazione è finita. Tutti sono liberi, compagni."

È vero, Khan ha trovato una formulazione leggermente diversa:

- Sono fuggiti in tutte le direzioni, all'istante!

Come al solito, non c'era bisogno di ripeterlo. Dopo aver congedato il suo affaccendato esercito, Khan si sedette su una sedia, mise accanto a sé il ricevitore del telefono e iniziò ad aspettare.

Stranamente, il suo corpo di plastica non si sciolse affatto al suo sguardo impassibile.

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Allo stesso tempo, l'italiano, dopo aver appena prestato servizio nel suo incarico governativo, si è rivolto al popolo - a persone non investite di poteri ufficiali, ma dotate di opportunità quasi illimitate di sottrarre succhi finanziari dalla loro città natale.

Ma stasera gli outsider non riconoscerebbero mai nell'italiano un uomo di potere e di denaro. Come se rendesse omaggio a un passato romantico senza nuvole, si è cambiato d'abito lungo la strada ed è apparso davanti ai suoi scioccati dintorni con un outfit del tutto inimmaginabile, presentandosi in ufficio con un abito di jeans sbiadito, una brutta maglietta e scarpe da ginnastica bianco sporco. Inoltre, per la prima volta in molti anni di successi e vittorie, i suoi compagni d'armi videro il loro leader non solo scarsamente rasato, ma anche poco sobrio.

Accompagnato da un seguito del suo entourage, guardie del corpo e lacchè, attraversò il suo palazzo, scintillante di dorature, cromature, vernici e sorrisi dai denti bianchi di ragazze segrete su lunghe gambe su trampoli. Seguirono sussurri emozionati. Non appena l'italiano fu nel suo ufficio, un gesto distratto spazzò via tutto dal tavolo sul pavimento e lì furono posate due bottiglie, prese a caso dal bancone.

"Frost", chiese, "stappa lo champagne e prendi due bicchieri... E non c'è bisogno che mi guardi con tanta condanna... Schiuso come... Ascolta!" Non porti gli occhiali! Ho già dimenticato di che colore sono i tuoi occhi!

"Il vetro è rotto", spiegò Moroz con riluttanza. - Stesso. Non ce n'è un altro simile.

L'italiano rise di gioia:

– Vuoi dire che non puoi permetterti degli occhiali nuovi, vero? Bene, sei un maestro nell'ascoltare le orecchie!

Frost non sorrise nemmeno in risposta. Disse con voce opaca e noiosa:

"Semplicemente non mi piace cambiare le cose."

- E i proprietari? Ti piacerebbe cambiare proprietario?

Frost non ha reagito affatto a questo. Si tamponò con cura gli angoli degli occhi con un fazzoletto e fissò in silenzio da qualche parte sopra la testa dell'italiano divertito. Sentendosi stupido, ridusse gradualmente la sua risata a tosse e cambiò argomento di conversazione:

- Non importa. Versalo. Proviamo che razza di "Yves Rocher" è... Uffa! – sputò la bevanda ai suoi piedi. - Che razza di champagne è questo! Una totale stronzata! Acqua, alcool, sciroppo di zucchero più aroma. Riesci a sentire il gusto?

- Pesca.

- Ecco cos'è una pesca. È un bene che non sia una zucca. Il vero champagne può essere solo champagne d'uva, tieni presente... Ok, allora proviamo il cognac Metaxa. La Grecia non ce la fornisce da molto tempo, quindi non pensate nemmeno di comprare carne di cavallo nei negozi... Ma questa “Metaxa” è reale. I greci che conoscevo facevano regali.

Dopo aver sorseggiato educatamente il cognac versato dalla mano tremante del proprietario, Frost mise da parte il bicchiere, mostrando con tutto il suo aspetto di essere gravato dal comportamento insolito dell'italiano. Avevano argomenti più seri da discutere della qualità delle bevande e del livello dei locali di intrattenimento in cui sedeva il capo durante il suo ultimo viaggio attraverso l'Europa.

“A Roma”, disse, sorseggiando cognac, “ci sono case da tè come questa”. Ho pensato, alla maniera giapponese, alle geishe. Beh, all'inizio la conversazione è intelligente, se sai l'inglese, e poi tutto il resto... Fanculo! Ci sono puttane trasandate in stile "Russo Touristo", sai? Anche le discoteche romane sono normali bordelli. Entri e le puttane ti corrono addosso da ogni angolo come scarafaggi... E questa è Roma, la città dei miei sogni, Moroz!.. Ma Mosca... Sei stato a Mosca, Moroz?

"Sì", confermò seccamente. - È successo. Non mi piace questa città. Nessuna nostalgia.

- Perché ti asciughi le lacrime con un fazzoletto?

Frost si tolse il fazzoletto dal viso e alzò gli occhi rossastri verso il suo proprietario ubriaco.

“Sto scherzando, sto scherzando”, lo ha salutato l’italiano. - Che permalosità... No, è decisamente il momento di divertirti. Andiamo insieme al Mother See... "Planet Hollywood"... Club "Dallas"... Elite, certo, ma io sono incluso lì. Non vedrai uno spogliarello simile da nessun'altra parte, Moroz. Un ufficio separato come un acquario: gira la testa in tutte le direzioni finché non cade! E anche “Berry” è qualcosa! Immaginate, le ragazze vengono servite a tavola, decorate con banane, fragole, quello che volete... Sputate, per esempio, i chicchi di melograno e poco a poco li spingete in un nido rasato con il dito... Lo immaginate fuori?

Dall'espressione acida del volto di Moroz era chiaro che sì. Aprendo con riluttanza le labbra, chiese annoiato:

- E l'ananas?

- Che cosa? – L’italiano addirittura soffocò per la sorpresa e scoppiò in una risata gioiosa. - Quindi tu... tu, a quanto pare, sai anche come divertirti... E io... ah-ah-ah... pensavo fossi un robot codificato...

"Programmato", corresse Moroz, ma non si oppose al paragone con un robot, e sembrò confermarlo anche con un lieve cenno del capo.

"L'ananas è già una perversione", ha detto l'italiano con un sorriso sornione da ubriaco. - Ma non è un peccato solleticare la testolina con una banana... A proposito, dov'è la nostra Angelochka? Mandamela, Frost, non al servizio, ma all'amicizia.

"Prima di tutto", ha detto, rompendo la sua catena di comando solitamente incrollabile, "la nostra operazione con un prestito di un milione di dollari è fallita". E in secondo luogo”, ha sottolineato l'insignificanza del problema che preoccupava il capo, “in secondo luogo, se non decimo, Angelica se ne è andata.

L'italiano aggrottò la fronte:

- Come hai smesso? Quando?

"Il giorno dopo ti ho portato una bottiglia di vodka nebbiosa", riferì spassionatamente Moroz.

"Sei uno stupido", si offese l'italiano, sussultando per aver bevuto cognac più del solito. – Dove altro troverà tutti questi soldi? Ebbene, si è tolta la gonna... Nessuno l'ha toccata con un dito... Come era indicata? Segretario-referente?

"C'è già un nuovo vicesegretario", ha detto Moroz. – Ma, a quanto ho capito, ora possiamo fare a meno della segretaria.

Per qualche tempo rimasero entrambi in silenzio, solo la gomma da masticare ticchettò nel silenzio, schiacciata vigorosamente dalle mascelle dell'italiano. Il cattivo gusto alcolico non scomparve e lui sussultò. Inoltre, era imbarazzato nell'incontrare lo sguardo di Frost, e questa insolita sensazione di dipendenza da uno sconosciuto preoccupava l'italiano ancor più della saliva acida nella sua bocca.

Frost distolse lo sguardo e suggerì delicatamente:

– Passo più tardi, capo? Vuoi riposarti, vedo.

“Senza gli occhiali non si vede niente”, ha risposto scontroso l’italiano. – Non mi piaci oggi. Arrivi con le lezioni, alzi la faccia...

Frost alzò vagamente le spalle. Potrebbe significare: “Non mi piaci neanche oggi”. Oppure potrebbe non significare nulla.

1. Come può lo spazio non essere infinito?

2. Come può essere creato lo spazio infinito in un tempo finito?

3. Dove si sta espandendo l'Universo?

4. Dove esattamente nello spazio è avvenuto il nostro Big Bang?

5. Il nostro Big Bang è avvenuto ad un certo punto?

6. Se l'età del nostro Universo è di soli 14 miliardi di anni, come possiamo vedere gli oggetti a una distanza di 30 miliardi di anni luce?

7. Le galassie che si muovono più velocemente della luce violano la teoria della relatività?

8. Le galassie si stanno davvero allontanando da noi o questo spazio si sta espandendo?

9. La Via Lattea si sta espandendo?

10. Sono state trovate tracce della singolarità del Big Bang?

11. L’emergere della materia dal quasi nulla durante l’inflazione viola la legge di conservazione dell’energia?

12. Cosa ha causato il nostro Big Bang?

13. Cosa è successo prima del nostro Big Bang?

14. Qual è il destino finale del nostro Universo?

15. Cosa sono la materia oscura e l'energia oscura?

16. Siamo davvero poco importanti per l'Universo?

Risponderemo a undici domande nei prossimi quattro capitoli. Ma prima torniamo alla questione dell’asilo, centrale in tutta la prima parte del libro: Lo spazio dura all'infinito?

Quanto è grande lo spazio?

Mio padre una volta mi diede un consiglio: “Se stai pensando a una domanda difficile a cui non puoi rispondere, affronta prima una domanda più semplice a cui non puoi rispondere”. Seguiamo questo consiglio e scopriamo quale dovrebbe essere la dimensione minima dello spazio per non contraddire le osservazioni. Nella fig. La Figura 2.1 mostra quanto sorprendentemente siano cresciute queste dimensioni: oggi sappiamo che lo spazio è almeno un miliardo di trilioni (1021) di volte più grande delle distanze più grandi conosciute dagli antichi cacciatori-raccoglitori, quelle che potevano percorrere nel corso della loro vita.

Inoltre, la figura mostra che l'espansione dei nostri orizzonti non è stata un evento unico, ma si è ripetuta molte volte. Ogni volta che gli esseri umani sono riusciti a guardare oltre e a mappare le strutture più grandi dell’Universo, hanno scoperto che tutto ciò che conoscevamo in precedenza era parte di qualcosa di più grande. Come mostrato nella Fig. 2.2, la nostra patria è parte di un pianeta, che fa parte del Sistema Solare, che fa parte della Galassia, che fa parte di uno schema di ammassi di galassie, che fa parte dell'Universo osservabile, che fa parte di uno o più livelli di universi paralleli.

Riso. 2.1. Il limite inferiore delle dimensioni del nostro Universo è in costante crescita. Da notare che la scala sull'asse verticale è molto ripida: ad ogni divisione le dimensioni aumentano di 10 volte.

La gente pensava che tutto ciò che era visibile fosse tutto ciò che esisteva e si poneva con arroganza al centro dell'universo. Pertanto, la sottovalutazione è stata il filo conduttore della nostra ricerca per comprendere il cosmo. Eppure il riso. La Figura 2.1 riflette anche un altro pensiero che mi ispira: abbiamo ripetutamente sottovalutato non solo le dimensioni del cosmo, ma anche il potere della mente umana di comprenderlo. I nostri antenati che vivevano nelle caverne avevano cervelli grandi proprio come noi, e poiché non passavano le serate a guardare la TV, sono sicuro che facevano domande del tipo: "Che cosa succede lassù nel cielo?" oppure “Da dove viene tutto questo?” Si raccontavano miti e leggende meravigliosi, ma non avevano mai pensato che fossero in grado di trovare risposte vere a queste domande. E che il segreto non sta nel padroneggiare i voli spaziali per studiare i corpi celesti, ma nel permettere alla mente di librarsi in volo.

Non esiste migliore garanzia di fallimento che ammettere che il successo è impossibile, e quindi non è necessario provarci. Col senno di poi, sembra che molti grandi progressi nel campo della fisica sarebbero potuti avvenire prima perché gli strumenti necessari esistevano già. Facciamo un'analogia con l'hockey: le persone non segnavano il disco in una rete vuota semplicemente perché pensavano che il loro bastone fosse rotto. Nei capitoli seguenti condividerò esempi importanti di come Isaac Newton, Alexander Friedman, George Gamow e Hugh Everett hanno superato questa incertezza. Mi piace molto quello che ha detto il premio Nobel Steven Weinberg: “Questo è spesso il caso in fisica: l’errore non è che prendiamo le nostre teorie troppo sul serio, ma che non le prendiamo abbastanza sul serio”.

Riso. 2.2. La nostra patria fa parte del pianeta ( Sinistra), che fa parte del Sistema Solare, che fa parte della Galassia ( centro sinistra), che fa parte di uno schema di ammassi di galassie ( centro destra), che fa parte dell'Universo osservabile ( sulla destra), che può far parte di uno o più livelli di universi paralleli.

Dimensioni della Terra

Sin dai tempi antichi, gli uomini hanno notato che quando una nave oltrepassa l'orizzonte, lo scafo scompare alla vista davanti alle vele. Ciò suggeriva che la superficie dell'oceano fosse curva e che la Terra fosse sferica, come il Sole e la Luna. Gli antichi greci ne trovarono una conferma diretta quando notarono che la Terra proietta un'ombra rotonda sulla Luna durante un'eclissi lunare ( riso. 2.3). Sebbene le dimensioni della Terra non siano difficili da stimare dall'aspetto delle navi a vela, Eratostene effettuò misurazioni più accurate circa 2,2 mila anni fa, scoprendo come utilizzare la misurazione degli angoli per questo. Sapeva che a Syena egiziana nel giorno del solstizio d'estate il Sole era direttamente sopra la testa a mezzogiorno, ma ad Alessandria, situata 794 km a nord, a quel tempo era 7,2° a sud dello zenit. Da ciò, lo scienziato ha concluso che lo spostamento di 794 km corrisponde al passaggio di 7,2° dei 360° della circonferenza della Terra, il che significa che la lunghezza di questo cerchio è di circa 794 km × 360° / 7,2° ≈ 39,7 mila km, il che è sorprendentemente vicino al valore moderno (40mila km).

Riso. 2.3. Durante un'eclissi lunare, la Luna attraversa l'ombra proiettata dalla Terra ( su). Più di duemila anni fa, Aristarco di Samo confrontò le dimensioni della Luna con la dimensione dell'ombra della Terra durante un'eclissi lunare e determinò correttamente che la Luna è circa 4 volte più piccola della Terra. (Fotografia con esposizione multipla di Scott Ivart.)

È interessante notare che Cristoforo Colombo si sbagliava profondamente, basandosi su calcoli successivi e meno accurati e confondendo le miglia arabe con quelle italiane, motivo per cui arrivò alla conclusione che aveva bisogno di percorrere solo 3,7 mila km per raggiungere l'Oriente, mentre l'attuale la distanza era di 19,6 mila km. È chiaro che non avrebbe ricevuto i fondi per la spedizione se avesse fatto i calcoli corretti e, ovviamente, non sarebbe sopravvissuto se l'America non si fosse presentata da lui. Quindi a volte la fortuna è più importante che avere ragione.

Distanza dalla Luna

Le eclissi hanno da tempo dato origine a paura, stupore e miti. (Colombo, trovandosi in una situazione difficile in Giamaica, riuscì a spaventare gli indigeni “predicendo” un'eclissi lunare il 29 febbraio 1504.) Tuttavia, le eclissi offrono anche una meravigliosa opportunità per valutare le dimensioni del cosmo. Se ne accorse Aristarco di Samo ( riso. 2.3): Quando la Terra si trova tra il Sole e la Luna e si verifica un'eclissi lunare, l'ombra della Terra che cade sulla Luna ha un bordo curvo e l'ombra rotonda della Terra è molte volte più grande della Luna. Aristarco capì anche che quest'ombra è leggermente più piccola della Terra stessa, poiché la Terra è più piccola; ne tenne conto nei suoi calcoli e arrivò alla conclusione che la Luna è circa 3,7 volte più piccola della Terra. Poiché Eratostene aveva già determinato la dimensione della Terra, Aristarco la divise semplicemente per 3,7 e ottenne la dimensione della Luna! Secondo me, fu allora che l'immaginazione umana si staccò finalmente dalla Terra e iniziò a conquistare lo spazio. Moltissime persone prima di Aristarco guardarono la Luna, ma lui fu il primo a determinarne le dimensioni. Ha fatto la scoperta grazie alla forza dei suoi pensieri e non facendo volare un razzo.

Una scoperta scientifica spesso porta a quella successiva. La determinazione delle dimensioni della Luna ha permesso immediatamente di determinarne la distanza. Allunga la mano davanti a te e vedi quali oggetti puoi coprire con il mignolo. L'angolo che copre è di circa 1°, che è circa il doppio di quello necessario per coprire la Luna: verificalo tu stesso quando la vedi. Affinché un oggetto copra un angolo di mezzo grado, la distanza da esso deve essere circa 115 volte la sua dimensione. Se, guardando fuori dal finestrino di un aereo, riesci a coprire una piscina di 50 metri (olimpionica) con metà del tuo mignolo, allora sei a un'altitudine di 115 × 50 m = 6 km. Aristarco calcolò che la distanza della Luna era 115 volte la sua dimensione, dando un valore 30 volte il diametro della Terra.

Come rispondere alla domanda sull'essenza della vita, dell'Universo, ecc.? Nel divertente romanzo di fantascienza di Douglas Adams, Guida galattica per gli autostoppisti, il computer dava la risposta come un numero: "42". Tuttavia, la parte più difficile è trovare la risposta giusta. Capisco che Douglas Adams stesse scherzando. Ma non negherà che la matematica abbia dato un enorme contributo alla rivelazione dei segreti dell'Universo.

Il bosone di Higgs fu previsto dallo stesso strumento che scoprì il pianeta Nettuno e le onde radio furono previste usando la matematica. Come sapete, Galileo dichiarò che l'Universo è un “grande libro” scritto nel linguaggio della matematica. Perché il nostro Universo ci sembra così matematico? Cosa significa? Nel mio nuovo libro, Il nostro universo matematico, spiego che l'Universo non è semplicemente descritto dalla matematica, ma è esso stesso matematica, nel senso che siamo tutti elementi di un gigantesco oggetto matematico, che a sua volta fa parte del multiverso - quindi gigantesco, facendo sembrare piccolo il resto dei multiversi di cui si è parlato negli ultimi anni.

Tutto intorno è matematica!

Di che tipo di matematica parleremo? La matematica che studia solo i numeri? Guardatevi intorno e potreste vedere un piccolo numero di numeri da qualche parte (ad esempio, i numeri di pagina nell'ultimo numero di Scientific American), ma questi numeri sono solo simboli inventati e stampati da persone, quindi quando parliamo del fatto che l'Universo è intrinsecamente un oggetto matematico, quindi, ovviamente, non intendiamo questi numeri.

Molte persone identificano la matematica con l'aritmetica: ciò è dovuto all'influenza del nostro sistema educativo. Tuttavia, contrariamente alla credenza popolare, i matematici studiano anche altre strutture astratte molto più diverse dei numeri, compresi gli oggetti geometrici. Ad esempio, siamo costantemente circondati da molte forme geometriche e corpi diversi, giusto? (Le cose create dall'uomo, come il mio libro a forma di parallelepipedo, non vengono prese in considerazione qui.) Lancia un sasso parallelo al terreno e vedrai quanto è perfetta la traiettoria creata dalla natura! Le traiettorie dei corpi lanciati sono una specie di parabola invertita.

Facciamo un'altra domanda: in quale orbita si muovono i corpi cosmici? E qui troveremo diversi tipi della stessa figura: l'ellisse. È interessante notare che la parabola e l'ellisse sono in relazione tra loro: se l'asse maggiore dell'ellisse è molto esteso, l'ellisse tenderà sempre di più verso la parabola; Pertanto, tutte le traiettorie, in approssimazione, sono varietà di un'ellisse.
A poco a poco, le persone hanno scoperto molte altre forme e figure che si manifestavano in natura non solo durante il movimento o sotto l'influenza della gravità, ma anche durante lo studio di altri fenomeni: elettricità, magnetismo, luce, calore, processi chimici, radioattività e particelle subatomiche. Sono queste forme che sono incarnate nelle leggi della fisica, che possono essere descritte utilizzando equazioni matematiche nello stesso modo in cui descriviamo la forma di un'ellisse.

Le equazioni non sono le uniche manifestazioni della matematica. Oltre a loro, ci sono anche i numeri.

In questo caso non sto parlando di numeri - invenzioni umane (come i numeri di pagina in questo libro), ma di numeri che riflettono le proprietà fondamentali della nostra realtà fisica. Ad esempio, quante matite devi prendere e disporle in modo che siano perpendicolari, cioè con un angolo di 90 gradi tra loro? - Tre matite. Guarda, ad esempio, in qualsiasi angolo del tuo appartamento e lì vedrai anche tre bordi in alto. Da dove viene esattamente il numero tre? Chiamiamo questo numero la dimensione del nostro spazio, ma perché è esattamente tre e non quattro o due o quarantadue? E perché ci sono, per quanto ne sappiamo, esattamente sei tipi di quark nell'Universo? Inoltre, quando descriviamo la natura, usiamo anche numeri chiamati decimali, quando, ad esempio, diciamo che “un protone è 1836,15267 volte più pesante di un elettrone”. Da soli 32 numeri di questo tipo, i fisici possono ricavare qualsiasi altra costante fisica che sia mai stata trovata.

L'Universo è caratterizzato da una certa matematica, che si manifesta tanto più quanto più profondamente una persona penetra nell'Universo. In una parola, cosa fare con tutte queste manifestazioni della matematica nel mondo fisico che ci circonda? La maggior parte dei miei colleghi fisici concludono semplicemente che la natura, per qualche ragione, è descritta in termini matematici, almeno approssimativamente. Ma sono convinto che bisogna andare oltre. Chissà se troverete nella mia teoria più senso di quello del professore che disse che avrebbe rovinato la mia carriera scientifica?

Ipotesi dell'universo matematico

Ero affascinato da questa natura matematica dell'universo quando ero ancora uno studente laureato. Una sera del 1990 a Berkeley, mentre ero seduto con il mio amico Bill Poirier e parlavo della natura delle cose, mi venne all'improvviso un pensiero: la realtà intorno a noi non è solo descritta dalla matematica, essa stessa è matematica, anche se in una forma senso molto specifico; Inoltre non sto parlando di alcuni aspetti della realtà, ma di tutta la realtà nel suo insieme, compreso l'uomo.

La mia ipotesi iniziale è, ad es. ipotesi sulla realtà che ci circonda - è stata formulata come segue: esiste una realtà fisica esterna completamente indipendente dall'uomo. Quando deriviamo determinate costruzioni speculative da una teoria, per comodità di designazione dobbiamo introdurre nuovi concetti e parole, ad esempio "protone", "atomo", "molecola", "cellula", "stella", ecc. Va ricordato che tutti questi concetti sono stati creati dalle persone, tuttavia, in linea di principio, tutto può essere descritto senza l'influenza soggettiva di una persona.

Ma se assumiamo che la realtà esista indipendentemente dall’uomo, allora per descriverla appieno avremo bisogno anche dell’aiuto di esseri extraterrestri o di supercomputer che non conoscono i nostri concetti scientifici. È così che è nata l'ipotesi di un universo matematico, che afferma che la realtà fisica esterna è una struttura matematica.

Immaginiamo che tu voglia, ad esempio, descrivere la traiettoria di volo di un pallone da basket vincente lanciato da un giocatore pochi secondi prima della fine della partita. Poiché la palla è costituita da particelle elementari (quark ed elettroni), in linea di principio è possibile descrivere la traiettoria di ciascuna particella senza fare riferimento alla traiettoria di un pallone da basket, ad esempio in questo modo:

la particella n. 1 si muove lungo una parabola;
la particella n. 2 si muove lungo una parabola;
…
La particella n. 138314159265358979323846264 si muove lungo una parabola.

Naturalmente, questo metodo per descrivere il movimento di ciascuna particella della palla è estremamente poco pratico, perché per descrivere le traiettorie di tutte le particelle ci vorrà più tempo dell'età dell'Universo. Ma non è necessario farlo, poiché non possiamo considerare ciascuna particella separatamente, ma la loro totalità, che si muove come un unico insieme: è stato per designare questo unico insieme che le persone hanno inventato la parola "palla", che ci consente di salvare tempo e descrivere ulteriormente il movimento dell'intera raccolta di particelle.

La palla è stata inventata dall'uomo, ma quanto sopra vale anche per altri oggetti naturali, come molecole, rocce, stelle: diamo nomi a questi oggetti per risparmiare tempo, nonché per immaginare più chiaramente questi fenomeni naturali. Le parole di designazione sono utili, ma le forniamo a nostra discrezione e arbitrarietà.

E qui sorge la domanda: è possibile trovare una descrizione del mondo che ci circonda che non dipenda dalla nostra opinione soggettiva? Se è possibile, si scopre che la descrizione degli oggetti nel mondo circostante e le relazioni tra loro risulteranno completamente astratte e qualsiasi parola e simbolo si trasformerà in semplici indicatori di etichette che non dipendono dall'opinione umana . In questo caso, le relazioni tra gli oggetti saranno considerate le loro proprietà.

Per rispondere a questa domanda è necessario avere una comprensione più profonda della matematica. Secondo gli esperti di logica, una struttura matematica è un insieme di oggetti astratti su cui sono specificate delle relazioni. Questo approccio è in netto contrasto con il modo in cui la maggior parte di noi considera la matematica (come una punizione, ad esempio, o come qualche trucco numerico).
Quindi, la matematica moderna si occupa della descrizione formale di strutture che possono essere definite astrattamente, cioè senza alcun intervento umano soggettivo. Diciamo che i simboli matematici sono solo etichette vuote senza significato interiore. Non importa come scriviamo la semplice addizione: in parole ("due più due fa quattro"), come formula ("2 + 2 = 4") o in una lingua come lo spagnolo ("dos mas dos igual a quattro"). Il modo esatto in cui designiamo l'essenza e le relazioni non è così importante; sappiamo che le uniche proprietà degli interi sono quelle che indicano le relazioni tra loro. Si scopre che una persona non inventa strutture matematiche: le scopre e quindi inventa solo segni per denotarle.

Occorre quindi evidenziare due punti chiave: 1) l'ipotesi sull'esistenza oggettiva del mondo al di fuori dell'uomo presuppone che la “teoria del tutto” (una descrizione completa della realtà fisica) non dipenda dall'opinione soggettiva di una persona, e 2) qualsiasi versione della descrizione oggettiva della realtà è una sorta di struttura matematica. Da ciò consegue l’ipotesi di un Universo matematico (cioè che la realtà fisica che ci circonda, descritta dalla “teoria del tutto”, non sia altro che una struttura matematica). Insomma, se si crede che esista un mondo fisico indipendente dall'uomo, allora si deve credere anche che la nostra realtà fisica sia una struttura matematica. Tutto nel nostro mondo è completamente matematico, inclusa ogni persona.

La vita purificata dalla soggettività

Sopra abbiamo mostrato come le persone inseriscono le loro opinioni soggettive nella descrizione del mondo che li circonda. Ora guardiamo dall'altra parte: come l'astrazione matematica può rivelare l'essenza oggettiva, ripulindola dalla soggettività introdotta dall'uomo. Consideriamo il famoso "Gioco Immortale" degli scacchi, in cui il Bianco dovette sacrificare un gran numero di pezzi per ottenere la vittoria: entrambe le torri, un alfiere, una regina e lo scacco matto con l'aiuto di due cavalli, un alfiere e diversi pedoni [il il famoso "Gioco Immortale" fu giocato nel 1851 - ca. trad.]. Quando gli amanti degli scacchi chiamano bello questo gioco, non si riferiscono all'attrattiva dei giocatori, della scacchiera o dei pezzi, ma a un'entità più astratta, che potrebbe essere chiamata un gioco astratto, o una sequenza di mosse.

Gli scacchi sono costituiti da un insieme di oggetti astratti (vari pezzi degli scacchi, quadrati di due colori sulla scacchiera, ecc.), sui quali sono specificate le relazioni. Ad esempio, la relazione tra un pezzo degli scacchi e un quadrato è che il pezzo si trova su di esso. Un altro tipo di relazione: una figura si muove lungo determinate celle. In altre parole, puoi descrivere l'insieme dei pezzi su una scacchiera e le relazioni tra loro in diversi modi, ad esempio specificandoli sulla scacchiera stessa, utilizzando una descrizione verbale in inglese o, ad esempio, spagnolo, o denotandoli algebricamente . Ma se scartiamo le descrizioni che abbiamo inventato, cosa rimane? Qual è l'oggetto che tutti descrivono? - Risposta: "Il gioco immortale" in sé, una partita a scacchi come astrazione. In altre parole, tutte le descrizioni equivalenti di questo gioco che abbiamo intrapreso parlano della stessa cosa: della struttura matematica unica che sta alla base del gioco degli scacchi.

L’ipotesi dell’universo matematico suggerisce che viviamo, per così dire, in una “realtà relazionale”, nel senso che le proprietà del mondo che ci circonda non derivano dalle proprietà dei suoi mattoni finiti, ma dalle relazioni tra quei mattoni. Di conseguenza, la realtà fisica che ci circonda non si riduce alla somma delle sue parti, ma la supera, nel senso che questa realtà può avere molte delle sue proprietà uniche, mentre le sue parti non hanno alcuna proprietà interna. Si scopre che il mondo che ci circonda non è descritto solo usando la matematica, ma esso stesso è matematica. Sulla base di questa conclusione un po’ folle, otteniamo che le persone sono parti di un gigantesco oggetto matematico autocosciente. Di conseguenza, come sostengo nel libro, lo status di concetti familiari come “casualità”, “complessità” viene ridotto e il concetto di “illusione” viene addirittura sopravvalutato. È ora possibile immaginare l’esistenza di universi paralleli mai visti prima, così vasti e strani da far impallidire tutti gli strani universi sopra menzionati, costringendoci ad abbandonare molte delle nostre convinzioni più profonde sulla realtà.

Quando ti trovi di fronte ad una realtà così gigantesca, ti senti piccolo e impotente. Le persone hanno già provato sentimenti simili, quando improvvisamente hanno appreso che il mondo finito intorno a loro era in realtà solo una piccola parte di una struttura più grande - questo è stato il caso del nostro pianeta e del sistema solare, della nostra Galassia e dell'Universo e, forse, dell'Universo. Intere gerarchie di universi paralleli, annidati uno dentro l'altro come bambole russe. Tuttavia, vedo anche un grande potenziale in questo approccio, poiché sottovalutiamo costantemente non solo le dimensioni del nostro Universo, ma anche il potere della mente umana di svelarlo. I nostri antenati, che vivevano nelle caverne, avevano lo stesso volume cerebrale del nostro e, poiché la sera non si sedevano davanti alla televisione, ovviamente avevano il tempo di porre domande come: “Che cosa sono queste cose che brillano? ?" lì in paradiso?" oppure “Da dove vengono tutte queste cose in paradiso?” Hanno inventato miti e storie bellissime da spiegare, ma non sono mai riusciti a capire che lo strumento principale per ottenere risposte a queste domande era dentro di loro. E per studiare gli oggetti celesti, non devi volare tu stesso nello spazio: è sufficiente che la mente umana funzioni. Quando l'immaginazione umana lasciò per la prima volta la Terra e iniziò a decifrare i segreti dell'Universo, lo fece con il potere della mente e non con l'aiuto della propulsione a razzo.

Whitehead una volta osservò che tutta la filosofia moderna non è altro che un commento a Platone. Il fisico e matematico americano Max Tegmark va ancora oltre e si impegna a dimostrare che la fisica moderna è, in effetti, appunti dettagliati sulle opinioni dell'antico saggio. Per fare questo aveva bisogno di 600 pagine, 30 anni di creatività scientifica e... l'eternità come base immutabile del suo universo. I matematici sono così; se qualcosa esiste in senso fondamentale, sono solo i loro amati numeri: increati, immobili, indistruttibili, essendo la causa e il significato di tutto. E noi siamo solo un giocattolo “nelle mani” del googolplex*.

Ma - scherzi a parte; Tegmark prende le cose sul serio. Nelle prime due parti del suo libro, compie un viaggio su larga scala, sebbene in generale già familiare ai lettori della fantascienza moderna, nel mega e nel micromondo, cioè ai livelli della materia quantistica e del multiverso. Sì, Tegmark è un ardente sostenitore dell'idea di universi paralleli e ce ne sono fino a quattro livelli annidati. Da questa idea consegue direttamente che da qualche parte follemente lontano, a distanze googolplex, vivono i nostri innumerevoli doppi, facendo tutto ciò che facciamo, avendo esattamente i nostri pensieri e sentimenti, con una sola eccezione: quello che ci sembra un incidente: scivolato per strada, ha vinto alla lotteria, ha cotto poco la bistecca: c'è solo una delle tante opzioni implementate da tutti i doppi: troppo cotta, non ha vinto o ha vinto, ma non quello. Ebbene, proprio come nella battuta: “non un'auto, ma un appartamento; e non nella lotteria, ma nel poker; e non ha vinto, ma ha perso.

A metà della terza parte, Tegmark arriva finalmente al dolce tanto atteso: il Multiverso matematico e deduce la sua “teoria finale di tutto” (finora solo a parole): “esistono solo strutture matematiche; qualsiasi struttura matematica coerente dà origine a un multiverso; alla nostra mente limitata questi mondi appaiono fisici”. O non capisco niente di filosofia, o questa è la reincarnazione della venerabile idea di sostanza, o Tao, o "natura di Buddha", che è eterna, increata, immutabile, crea l'illusione dell'esistenza di "dieci mille cose” ed è comprensibile solo dalla mente! Tuttavia, come ammette Tegmark, lui, a differenza degli antichi saggi, ha due strumenti: la sua mente e un computer, che gli dà accesso al mondo dei googolplex. I matematici moderni sono fortunati che Platone non avesse un computer, altrimenti non avrebbero più lavoro.

Non si può negare la sua eleganza alla teoria di Tegmark, anche se è solo un gioco mentale. Pertanto, non dipende dalle condizioni iniziali e dai parametri fisici (come metri o secondi) e rappresenta esclusivamente la relazione tra i numeri e le loro funzioni. Risponde alla domanda: “perché proprio queste equazioni (la teoria della relatività, la meccanica quantistica, ecc.) e non altre?” in quanto risolve eventuali equazioni coerenti e leggi fondamentali - è solo che in alcuni mondi non ci sarà nessuno a formulare queste leggi, poiché lì la vita è impossibile. Tocca anche molti aspetti, ma problemi molto urgenti: il nostro cervello è un computer quantistico, ci sono limiti alla nostra conoscenza, siamo soli nell’Universo, viviamo in “Matrix”? Tegmark non ha paura di spiegare il tempo e la coscienza, di prevedere il futuro della vita e della civiltà, di dedurre un diagramma di tutta la conoscenza umana e di criticare la "mentalità da gregge" dei fisici. Non risponde solo a una domanda, semplicemente ignorandola: "perché esiste qualcosa e non viceversa - niente?" Come puoi vedere, per lui un googolplex è molto più carino di uno zero vuoto.
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* Googolplex - uno con un googol di zeri, il numero preferito di Tegmark.

©Max Tegmark, 2014

© A. Sergeev, traduzione in russo, 2017

© A. Bondarenko, progetto artistico, impaginazione, 2017

© Casa editrice Ast LLC, 2017

Casa editrice CORPUS®

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Dedicato a Meiya

Capitolo 1. Cos'è la realtà?

Gli alberi sono fatti principalmente di aria. Bruciando ritornano nuovamente all'aria e nel loro fuoco si libera il calore della fiamma solare, che era rimasta legata durante la trasformazione dell'aria in legno. E la piccola quantità di cenere rimasta è la parte che non proviene dall'aria, ma dalla terra solida.

Richard Feynmann

C'è molto nella natura, amico Orazio, che i nostri saggi non si sarebbero mai sognati.

William Shakespeare

Non è quello che sembra

Un secondo dopo sono morto. Ho lasciato cadere i pedali e ho premuto i freni, ma era troppo tardi. Fari. Griglia del radiatore. Quaranta tonnellate di acciaio, urlanti come un drago moderno. Sono riuscito a vedere gli occhi dell'autista. Il tempo per me ha rallentato, la vita mi è passata davanti agli occhi e il mio ultimo pensiero è stato: “Spero che sia solo un incubo”. Ahimè, sentivo nel mio istinto che questa era la realtà.

Ma come potevo essere sicuro che non fosse un sogno? E se, poco prima dell'impatto, vedessi qualcosa che potrebbe essere possibile solo in sogno, ad esempio che la mia defunta insegnante Ingrid, viva e vegeta, fosse seduta sul bagagliaio della mia bicicletta? Oppure all'improvviso, cinque secondi prima, nell'angolo in alto a sinistra del campo visivo appariva una finestra pop-up con il testo: "Sei sicuro di dover entrare nell'incrocio senza guardare a destra?", e sotto di essa una coppia di pulsanti: “Avanti” e “Annulla”? Se avessi visto abbastanza film come Matrix e Il tredicesimo piano, forse mi sarei chiesto se tutta la mia vita non fosse una simulazione al computer e avrei messo in dubbio le mie convinzioni sulla natura della realtà. Tuttavia, non ho sperimentato nulla del genere e sono morto con la ferma convinzione che il problema fosse completamente reale. Dopotutto, cosa potrebbe esserci di più solido e reale di un camion da quaranta tonnellate?

Tuttavia, non tutto è come sembra a prima vista. Questo vale sia per i camion che per la realtà in quanto tale. Questo non è solo discusso da filosofi e scrittori di fantascienza, ma è anche evidenziato dai risultati di esperimenti fisici. I fisici sanno da un secolo che l’acciaio solido è costituito principalmente da spazio vuoto. I nuclei atomici, che costituiscono il 99,95% della sua massa, sono minuscole palline che occupano circa lo 0,0000000000001% del suo volume, e questo quasi vuoto è percepito come solido solo a causa delle forze elettriche che mantengono in modo molto affidabile i nuclei al loro posto. Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che le particelle subatomiche possono apparentemente trovarsi in più posti contemporaneamente.

Questo mistero è l'essenza della fisica quantistica ( cap. 7). Ma se io sono costituito da tali particelle, e queste possono trovarsi in due posti contemporaneamente, non potrebbe accadermi la stessa cosa? Infatti, tre secondi prima dell'incidente, stavo inconsciamente decidendo: avrei dovuto guardare a sinistra, dove giravo sempre verso il Blakebergs Gymnasium, dato che non c'era mai traffico all'incrocio - o avrei dovuto guardare a destra, per ogni evenienza? Quella mattina del 1985, una sfortunata decisione spontanea mi portò sull’orlo della morte. Tutto dipendeva dal fatto che un singolo atomo di calcio colpisse una specifica sinapsi nella mia corteccia prefrontale, provocando l'attivazione di quel particolare neurone e inviando un segnale elettrico che avrebbe innescato una cascata di attività in altri neuroni che collettivamente codificavano il pensiero "Non farlo". Non preoccuparti. Quindi, se l'atomo di calcio fosse inizialmente in due posizioni leggermente diverse contemporaneamente, mezzo secondo dopo i miei occhi guarderebbero in due direzioni contemporaneamente, un paio di secondi dopo la mia bicicletta si troverebbe in due posti contemporaneamente, e di lì a poco sarei stato vivo e allo stesso tempo morto. I principali fisici quantistici del mondo stanno discutendo emotivamente se sta realmente accadendo qualcosa che sta causando la divisione del nostro mondo in universi paralleli con storie diverse, o se l'equazione di Schrödinger, la legge quantistica fondamentale del movimento, debba davvero essere corretta. Quindi sono davvero morto? In questa realtà, mi è quasi successo, ma sono morto in un altro universo, altrettanto reale, dove questo libro è rimasto non scritto? Se sono sia vivo che morto, possiamo adattare le nostre idee su cosa sia la realtà in modo che tutto abbia un senso?

Se pensate che quello che ho scritto sia assurdo e che i fisici stiano confondendo le acque, vi avverto: quando arriverò alla storia, a come ho percepito quel momento, sarà ancora peggio. Se mi trovo in due posti diversi in due universi paralleli, una delle mie copie sopravviverà. Se applichi lo stesso ragionamento a tutti gli altri modi in cui potrei morire in futuro, allora sembra che ci sarà sempre almeno un universo parallelo in cui non morirò mai. Poiché la mia coscienza esiste solo dove sono vivo, questo significa che sono soggettivamente immortale? Se sì, ti sentirai anche tu immortale? Risponderemo a queste domande nel cap. 8.

Ti sorprende che la fisica riveli una realtà molto più strana di quanto potremmo mai immaginare? In realtà, questo non è così sorprendente se si prende sul serio la teoria dell'evoluzione di Darwin! L’evoluzione ci ha dato intuizioni solo su quegli aspetti della fisica che contavano per la sopravvivenza dei nostri lontani antenati, come le traiettorie paraboliche delle rocce volanti (il che spiega il nostro interesse per il baseball). Una donna preistorica che avesse riflettuto troppo profondamente su ciò di cui era fatta la materia, avrebbe potuto non notare l'avvicinarsi della tigre e uscire dal pool genetico. Pertanto, la teoria di Darwin fa una previsione verificabile: ogni volta che usiamo la tecnologia per guardare la realtà oltre la scala umana, le nostre intuizioni sviluppate evolutivamente falliscono. Abbiamo testato questa previsione molte volte e i risultati supportano inequivocabilmente Darwin. Einstein si rese conto che il tempo rallenta ad alta velocità e rimproverò il Comitato Nobel, che riteneva questa scoperta troppo strana per assegnare all'autore un premio specifico per la teoria della relatività. A basse temperature, l'elio liquido può fluire verso l'alto. Ad alte temperature, le particelle in collisione cambiano la loro identità. Per me, un elettrone che, entrando in collisione con un positrone, si trasforma in Z Il bosone sembra naturale quanto due automobili che si scontrano contro una nave da crociera. Su scala microscopica, le particelle sono sorprendentemente in grado di trovarsi in due posti contemporaneamente, il che porta agli enigmi quantistici descritti sopra. Su scala astronomicamente enorme: che sorpresa! – appaiono di nuovo cose strane. Se comprendi intuitivamente tutti gli aspetti dei buchi neri, allora penso che tu sia unico nel suo genere e dovresti immediatamente mettere da parte questo libro e pubblicare le tue scoperte prima che qualcuno ti strappi da sotto il naso il Premio Nobel per la gravità quantistica. Man mano che ci muoviamo su scale ancora più grandi, nuove stranezze ci aspettano, poiché la realtà è molto più grandiosa di qualsiasi cosa possa essere vista con i migliori telescopi. La teoria attualmente dominante sull'inizio dell'universo è Teoria dell’inflazione cosmologica (cap. 5), suggerisce che lo spazio non è solo enorme, ma infinito e contiene infinite copie esatte di te e ancora più “quasi copie” di te, che vivono tutte le possibili versioni della tua vita in universi paralleli di due tipi. Se questa teoria fosse confermata, allora anche se ci fosse qualcosa di sbagliato nell’argomentazione della fisica quantistica (l’ho fornita sopra quando ho parlato della mia copia in bicicletta che non è arrivata a scuola), ci sarebbero comunque un numero infinito di altri Max nei sistemi solari da qualche parte nello spazio lontano che hanno vissuto esattamente le stesse vite fino allo stesso fatidico momento e hanno deciso di non guardare a destra.

In altre parole, le scoperte nel campo della fisica hanno messo in discussione alcuni dei nostri presupposti fondamentali sulla realtà sia nel microcosmo che nel macrocosmo. Molte idee sulla realtà vengono messe a dura prova, anche su scale intermedie commisurate a quelle umane, quando usiamo le neuroscienze per penetrare nel nostro cervello ( cap. undici).

E ultimo ma non meno importante: sappiamo che le equazioni matematiche aprono una finestra sulla meccanica della natura, che è metaforicamente illustrata in Fig. 1.1. Ma perché il nostro mondo fisico mostra un ordine matematico così eccezionale che ha permesso a Galileo, il supereroe dell’astronomia, di dichiarare la natura un libro “scritto nel linguaggio della matematica”, e al premio Nobel Eugene Wigner di parlare dell’”incomprensibile efficacia della matematica in le scienze naturali” 1
Questo era il titolo del famoso articolo di Eugene Wigner. Nella traduzione russa, fu pubblicato per la prima volta nel n. 3 della rivista “Uspekhi Fizicheskikh Nauk” nel 1968 ( http://ufn.ru/ru/articles/1968/3/f/). – Nota sentiero Di seguito, ove non diversamente indicato, si riportano le note dell'autore.

Che ne dici di un mistero da risolvere? Rispondere a questa domanda è l’obiettivo principale di questo libro. Pollice. Nei capitoli 10–12 esamineremo le affascinanti connessioni tra informatica, matematica, fisica e coscienza. Condividerò con voi anche la mia idea (a prima vista folle): il nostro mondo fisico non è solo descritto matematica, lui e C'è matematica che ci rende parti autocoscienti di un gigantesco oggetto matematico. Questo ci porta a una nuova, ultima famiglia di universi paralleli, così vasta ed esotica che tutte le stranezze sopra menzionate impallidiscono al confronto, e ci costringe a buttare via le nostre idee innate più profonde sulla realtà.

Riso. 1.1. Guardando la realtà attraverso la lente della fisica, vediamo che descrivono modelli e schemi. Ma per me la matematica è più di una finestra sul mondo. Intendo convincervi che il nostro mondo fisico non è solo descritto dalla matematica, ma è esso stesso matematica, o più precisamente, una struttura matematica.

La domanda più importante

Da dove viene tutto questo? Come andrà a finire? Quanto è grande tutto questo? Probabilmente tutte le culture umane si sono poste queste domande e sono arrivate alle risposte sotto forma di miti, leggende e dottrine religiose. Questi problemi sono così complessi che non esiste un consenso globale su di essi ( riso. 1.2). Le risposte variano ampiamente e almeno alcune di queste differenze sembrano riflettere differenze nello stile di vita. Così, nei miti degli antichi egizi, che dipendevano dalle piene del Nilo, tutto ciò che esiste nel nostro mondo proveniva dall'acqua. E la mitologia scandinava afferma che la vita proveniva dal fuoco e dal ghiaccio.

Altre grandi domande sollevate dalle culture antiche non sono meno fondamentali. Cosa è reale? C'è qualcosa di più nella realtà di quanto possiamo vedere?“Sì”, rispose Platone. L'antico filosofo greco paragonava le persone ai prigionieri che trascorrono tutta la vita in una grotta, in catene. Guardano un muro su cui cadono delle ombre e si convincono che queste ombre siano la realtà. Platone sosteneva che ciò che chiamiamo realtà è solo un'idea limitata e distorta di essa e per avvicinarci alla sua comprensione dobbiamo liberarci dalle catene mentali.

Riso. 1.2. Molte delle questioni cosmologiche che affrontiamo in questo libro affascinano i pensatori da secoli, ma non è mai stato raggiunto un accordo universale. La classificazione mostrata nella figura si basa su una presentazione dello studente laureato del MIT David Hernandez durante il mio corso di cosmologia del 2011. Va tenuto presente che le classificazioni semplificate sono sicuramente imprecise: molti insegnamenti religiosi hanno rami e alcuni rientrano in più categorie contemporaneamente. Ad esempio, l'induismo contiene elementi di tutti e tre i concetti della creazione: secondo una leggenda, sia il dio creatore Brahma che l'Universo sono nati da un uovo, che a sua volta è nato dall'acqua.

Alcune risposte alla domanda: “Cos’è la realtà?”

Se la fisica mi ha insegnato qualcosa è che Platone ha ragione. La scienza fisica moderna ha reso abbondantemente chiaro che la natura della realtà non è ciò che sembra. Ma se sì, qual è la realtà? Qual è la connessione tra la realtà interiore della nostra coscienza e la realtà esterna? In cosa consiste tutto ciò, in definitiva? Come funziona tutto? Perché? Tutto ha un significato e, se sì, qual è? E (per prendere in prestito una formula da Douglas Adams) qual è la risposta alla “domanda ultima sulla vita, sull’universo e su ogni cosa?”

I pensatori hanno offerto una gamma impressionante di risposte alla domanda su cosa sia la realtà, e alcuni hanno persino tentato di liquidare la questione in quanto tale.

Questo libro (e in effetti la mia carriera scientifica) è un tentativo personale di rispondere a questa domanda. Parte della ragione della polifonia è ovviamente che i pensatori l’hanno interpretata diversamente. La parola "realtà" ha molte connotazioni. Lo uso per riferirmi alla natura fondamentale del mondo fisico esterno di cui facciamo parte e mi impegno a cercarne una migliore comprensione. Ma qual è il mio approccio?

Da scolaretto, una sera ho iniziato a leggere Morte sul Nilo di Agatha Christie. Sebbene mi rendessi conto che la sveglia era fissata alle sette del mattino, non posai il libro finché il mistero non fu risolto, verso le quattro del mattino. I gialli mi hanno attratto fin dall'infanzia e quando avevo dodici anni ho aperto un club di detective con i miei compagni di classe Andreas Bette, Matthias Bottner e Ula Hanson. Non abbiamo catturato un solo criminale, ma eravamo affascinati dall'idea di risolvere enigmi. Per me, la questione su cosa sia la realtà è il romanzo poliziesco definitivo e sono incredibilmente fortunato ad avere l’opportunità di dedicare del tempo a risolverlo. Ti racconterò di casi in cui la curiosità mi ha costretto a sedermi fino al mattino, senza avere la forza di fermarmi, finché l'enigma non fosse stato risolto. Solo che non stavo leggendo un libro, stavo cercando di ricavare equazioni matematiche che sapevo avrebbero potuto portarmi alla risposta.

Sono un fisico e adotto un approccio fisico ai misteri della realtà. Ciò significa che parto dalle grandi domande: quanto è grande l'Universo e di cosa è fatto tutto? – e lavoro con loro come un enigma da detective: combino osservazioni riuscite con ragionamenti e controllo tutte le versioni.

Il viaggio inizia

Approccio fisico? Non è questo il modo migliore per trasformare qualcosa di eccitante in qualcosa di noioso? Quando un passeggero su un aereo mi chiede cosa faccio, ho due opzioni per rispondere. Quando ho voglia di chiacchierare, dico astronomia e il risultato è sempre una conversazione interessante. 2
Questa conversazione a volte inizia così: “Oh, l'astrologia! Sono vergine". Per dirla più precisamente: "Cosmologia", sento spesso: "Oh, cosmetologia!" – e poi seguono domande su matite e mascara.

Se non ho voglia di parlare, rispondo che sto studiando fisica, e in risposta di solito sento qualcosa del tipo: "Oh, ma per me questa era la materia peggiore a scuola" - e non mi danno fastidio fino alla fine del volo.

In effetti, la fisica era anche la mia materia meno preferita. Ricordo ancora la mia primissima lezione di fisica. Con voce monotona l'insegnante annunciò che avremmo studiato il concetto di densità. Quella densità è la massa divisa per il volume, e quindi, se la massa è così e così, e il volume è così e così, possiamo calcolare la densità. Tutto quello che è successo dopo viene ricordato come nella nebbia. Ogni volta che l’esperimento dell’insegnante falliva, rimproverava l’umidità e diceva: “Domattina funzionava tutto”. Ricordo anche che i miei amici non riuscivano a capire perché non potevano fare nulla finché non ho ammesso di aver messo un magnete sotto il loro oscilloscopio.

Quando è arrivato il momento dell'istruzione superiore, non ho voluto studiare fisica e altre discipline tecniche, ma ho optato per la Stockholm School of Economics e la specializzazione in questioni ambientali. Volevo dare un modesto contributo per rendere il nostro pianeta un posto più bello e sentivo che il problema principale non era la mancanza di soluzioni tecniche, ma che non stavamo utilizzando adeguatamente la tecnologia che avevamo a disposizione. Credevo che il modo migliore per influenzare le persone fosse attraverso i loro portafogli, e ero affascinato dall’idea di incentivi economici che mettessero l’egoismo al servizio del bene pubblico. Ahimè, ben presto le mie illusioni andarono in frantumi e giunsi alla conclusione che l’economia è fondamentalmente una forma di prostituzione intellettuale: vieni ricompensato dicendo al potere quello che vuole sentirsi dire. Qualunque cosa un politico voglia fare, ci sarà sempre un consigliere economico che giustificherà il motivo per cui è ciò che deve essere fatto. Franklin Roosevelt voleva aumentare la spesa pubblica, quindi ascoltò John Maynard Keynes, e Ronald Reagan voleva ridurre la spesa pubblica e ascoltò Milton Friedman.

Fu allora che il mio compagno di classe Johan Oldhoff mi regalò un libro che divenne per me fatale: "Certo che sta scherzando, signor Feynman!" Non ho mai incontrato Feynman, ma è stato grazie a lui che la mia attenzione si è rivolta alla fisica. Sebbene il libro, in generale, non trattasse di fisica (l'autore parla in modo più dettagliato, ad esempio, di come scassinare una serratura o rimorchiare una ragazza), si poteva leggere tra le righe che quest'uomo era innamorato della fisica. Questo mi ha incuriosito. Se noti un ragazzo medio che tiene una donna meravigliosa sul braccio, probabilmente penserai che ti stai perdendo qualcosa. Forse vede le sue virtù nascoste. All'improvviso ho provato la stessa sensazione riguardo alla fisica: cosa ci vedeva Feynman che mi mancava a scuola?

Dovevo solo capirlo. Presi dalla libreria di mio padre il primo volume delle “Feynman Lectures on Physics” e cominciai a leggere: “Se, a seguito di una catastrofe, tutta la conoscenza scientifica accumulata andasse perduta e solo una frase venisse tramandata alle future generazioni di viventi esseri viventi, allora quale affermazione composta con il minor numero di parole potrebbe trasmettere la maggior parte delle informazioni?

Oh! Questo ragazzo assolutamente non assomiglia al mio insegnante di fisica! Feynman continuò: “Credo che questo sia... ipotesi atomica: tutti i corpi sono costituiti da atomi, piccoli corpi che sono in continuo movimento, attratti a breve distanza, ma che si respingono se uno di essi è più vicino all'altro" 3
Citazione di: Feynman, R., Layton, R., Sands, M. Feynman tiene lezioni di fisica. vol. 1. Scienza moderna della natura. Leggi della meccanica. M.: Mir, 1965. P. 23. – Nota sentiero

È stato come se nella mia testa si fosse accesa una lampadina. Rimasi incantato. Mi sentivo come se stessi vivendo un'esperienza religiosa. Finalmente ho capito come funziona! Ho avuto una rivelazione e, seguendo Feynman, ho capito: la fisica è l'avventura intellettuale più emozionante che possa esserci, una ricerca per comprendere i misteri più profondi del nostro Universo. La fisica non trasforma qualcosa di eccitante in qualcosa di noioso. Piuttosto, ci aiuta a vedere più chiaramente, rendendo il mondo ancora più bello e pieno di meraviglie. Quando vado al lavoro in bicicletta in autunno, vedo la bellezza degli alberi in oro, arancione e rosso. Ma guardare questi alberi attraverso la lente della fisica rivela una bellezza ancora maggiore, che è meravigliosamente catturata nella citazione di Feynman nell’epigrafe di questo capitolo. E più guardo da vicino, più noto la grazia: nel cap. 3 scopriremo che gli alberi alla fine emergono dalle stelle, e nel cap. 8 vedremo che lo studio degli oggetti da cui sono composti indica l'esistenza di universi paralleli.

All'epoca avevo una ragazza che studiava fisica al Royal Institute of Technology e trovavo i suoi libri di testo molto più interessanti dei miei. La nostra relazione è finita molto tempo fa, ma il mio amore per la fisica è ancora vivo. Poiché l'istruzione superiore in Svezia era gratuita, mi sono iscritto alla sua università senza nemmeno informare l'amministrazione della Stockholm School of Economics della mia doppia vita. Così iniziò ufficialmente la mia indagine investigativa, e questo libro è un rapporto scritto un quarto di secolo dopo.

Allora, qual è la realtà? Ho dato a questo capitolo un titolo così audace non per imporre con arroganza una risposta già pronta (anche se esploreremo alcune possibilità molto intriganti nell'ultima parte del libro), ma piuttosto per invitarti a unirti alla mia ricerca e condividere i miei pensieri. e l'eccitazione per questa coscienza in espansione è un mistero. Penso che tu, come me, arriverai alla conclusione che qualunque sia la realtà, è radicalmente diversa da ciò che pensavamo che fosse. Spero che tu possa scoprire, come me, che dà ai problemi quotidiani come i biglietti per il parcheggio e la tristezza una dimensione diversa, rendendo più facile superarli e godersi appieno le gioie e i misteri della vita.

Quando ho discusso l’idea di questo libro con John Brockman, che sarebbe poi diventato il mio agente letterario, è stato molto chiaro: “Quello che voglio non è un libro di testo, ma il tuo libro personale”. Così ho scritto una sorta di autobiografia scientifica. Sebbene riguardi più la fisica che me, non è certamente il tipico libro di scienza popolare, che cerca di fornire una panoramica oggettiva della fisica che riflette il consenso consolidato e dà uguale spazio a tutti gli altri punti di vista. Si tratta piuttosto di un'esplorazione personale della natura della realtà e spero che vi piaccia vederla attraverso i miei occhi. Insieme esamineremo le prove che considero più importanti e cercheremo di capire a cosa puntano.

Riso. 1.3. Se hai letto molti libri di scienza moderna e popolare e hai la sensazione di capire cosa sono lo spazio curvo, il Big Bang, lo sfondo cosmico a microonde, l'energia oscura, la meccanica quantistica, ecc., potresti provare a saltare il cap. 2, 3, 4 e 7 guardando solo il “Riepilogo” alla fine di ciascuno. Se sei un fisico professionista, puoi saltare il cap. 5. Tuttavia, molti concetti che possono sembrare familiari sono sorprendentemente sottili e se non riesci a rispondere a tutte le domande 1–6 nel cap. 2, poi spero che studierete i primi capitoli.

Iniziamo il viaggio con come le recenti scoperte scientifiche hanno trasformato il contesto stesso della questione su cosa sia la realtà. La fisica ha fatto luce sulla realtà esterna nel modo più grande ( cap. 2–6) e piccolo ( cap. 7–8) scala. Nella prima parte esamineremo la questione di quanto è grande l'universo e ci avvicineremo alla risposta spostandoci su scale cosmiche sempre più grandi. Allo stesso tempo studieremo la nostra culla cosmica e due tipi di universi paralleli, scoprendo lungo il percorso i segni che lo spazio è essenzialmente matematico. Nella Parte II affronteremo la questione di cosa è fatto tutto e ci immergeremo nel microcosmo subatomico. Esamineremo il terzo tipo di universi paralleli e scopriremo che anche i fondamentali "mattoni" della materia sono essenzialmente matematici. Nella Parte III, facciamo un passo indietro e pensiamo a ciò che questo dice sulla natura fondamentale della realtà. Cominciamo sostenendo che i nostri fallimenti nel comprendere la coscienza non ci impediscono di comprendere appieno la realtà fisica esterna. Allora affrontiamo la mia idea più radicale e controversa, ovvero che la realtà fondamentale è puramente matematica; Traduciamo concetti come “casualità”, “complessità” e persino “cambiamento” nello stato di illusioni e troviamo segni dell’esistenza del quarto e ultimo livello di universi paralleli. Il viaggio si concluderà nel cap. 13, quando torneremo a casa e considereremo cosa tutto questo significa per il futuro della vita nell'Universo, per gli esseri umani e per voi personalmente.