La storia del nostro universo potrebbe iniziare a svolgersi

L’anno scorso, poco dopo il telescopio spaziale James Webb Dopo che ha iniziato a inviare le sue splendide immagini di pianeti e nebulose dallo spazio, gli astronomi, stupiti com’erano, hanno dovuto ammettere che qualcosa non andava. Otto mesi dopo, basandosi in parte sulle scoperte del telescopio, Stanno emergendo segnali che potremmo dover ripensare aspetti fondamentali dell’origine e dell’evoluzione dell’universo.

Lui Telescopio Webbuno strumento con poteri di monitoraggio senza pari che è stato lanciato alla fine del 2021 come joint venture tra un’organizzazione una pentolaIL Agenzia spaziale europea e il Agenzia spaziale canadesein uno stato emozionante Una missione per guardare indietro nel tempo, appunto, fino alle prime stelle e galassie. Ma una delle sue prime grandi scoperte fu terribilmente emozionante: scoprì l’esistenza di galassie completamente formate molto prima che ciò sarebbe stato possibile secondo il cosiddetto Modello Standard della Galassia. Cosmologia.

Secondo il Modello Standard, che è alla base di quasi tutte le ricerche in questo campo, esiste una sequenza coerente e precisa di eventi accaduti dopo l’evento. la grande esplosioneInizialmente, la forza di gravità attrasse le regioni più dense di gas cosmico raffreddato, che si evolse in stelle e buchi neri; Poi la forza di gravità ha unito le stelle per formare le galassie.

Tuttavia, i dati da Telescopio Webb rivelò che Alcune galassie molto grandi si sono formate molto rapidamente, in tempi brevissimi, almeno secondo il Modello Standard. Questa non è una contraddizione da poco. Il risultato è simile all’apparizione dei genitori e dei loro figli nella storia quando i nonni sono ancora bambini.

Sfortunatamente, questo non è stato un incidente isolato. Ci sono state altre occasioni negli ultimi tempi in cui le prove a sostegno della comprensione scientifica di base dell’universo si sono rivelate incoerenti in modo allarmante.

Pensa a quanto velocemente si sta espandendo l’universo.. Questo è un fatto fondamentale nella scienza cosmologica, noto come costante Hubble—; Tuttavia, gli studiosi non sono riusciti a concordare un numero. Esistono due modi principali per calcolarlo: uno prevede misurazioni dell’universo primordiale (come quelle fornite dal cosmo Telescopio Webb); e l’altro, misurazioni delle stelle vicine nell’universo giovane. Nonostante decenni di lavoro, questi due metodi forniscono ancora risposte diverse.

Inizialmente, gli scienziati speravano che questa discrepanza si risolvesse da sola con il miglioramento dei dati. Ma il problema persiste anche se i dati stanno diventando sempre più accurati. E ora i nuovi dati da Telescopio Webb Ha esacerbato il problema. Questa tendenza indica un difetto nel modello, non nei dati.

Ci sono due problemi seri con il Modello Standard di Cosmologia Dovrebbe essere abbastanza preoccupante. Ma il modello è già stato modificato più volte nell’ultimo mezzo secolo per adattarsi meglio ai migliori dati disponibili, aggiustamenti che possono essere necessari e corretti, ma alla luce dei problemi che affrontiamo ora potrebbero sembrare troppo convenienti allo scettico.

Fisici e astronomi stanno cominciando a percepire che qualcosa non va. Non è solo che alcuni di noi pensano che potremmo dover ripensare il Modello Standard Cosmologia; Potremmo anche dover cambiare il modo in cui pensiamo ad alcune delle caratteristiche fondamentali del nostro universo, una rivoluzione concettuale che avrebbe implicazioni ben oltre il regno della scienza.

modulo standard per CosmologiaÈ una potente combinazione di dati duramente conquistati e fisica matematica astratta all’avanguardia, ed è giustamente considerata un trionfo dell’ingegno umano. Le sue origini risalgono alla sua scoperta negli anni ’20 Edwin Hubble Il fatto che l’universo sia in espansione è la prima prova che abbiamo di ciò la grande esplosione. Poi, nel 1964, i radioastronomi scoprirono come si chiamava radiazione di fondo a microonde, la radiazione “fossile” che ci raggiunse poco dopo l’inizio dell’espansione dell’universo. Questa scoperta ci ha permesso di scoprirlo L’universo primordiale era una zuppa calda e densa di particelle subatomiche che, da allora, ha continuato a raffreddarsi e a diventare meno denso.

negli ultimi sessant’anni, Cosmologia È diventato sempre più meticoloso nella sua capacità di spiegare i migliori dati disponibili sull’universo. Tuttavia, per raggiungere questo grado di precisione, gli astrofisici hanno dovuto supporre che esistano componenti dell’universo per le quali non abbiamo prove dirette. L’attuale Modello Standard afferma che la materia “ordinaria” – il materiale di cui sono fatti le persone, i pianeti e tutto ciò che possiamo vedere – costituisce solo circa il 4% dell’universo. Il resto è materia invisibile chiamata materia oscura ed energia oscura (rispettivamente circa il 27 e il 68%).

IL inflazione cosmica è un esempio di un altro strano adattamento al Modello Standard. Secondo questa teoria, sviluppata nel 1981 per risolvere i paradossi derivati ​​da una versione precedente della teoria la grande esplosionePer una frazione di secondo, l’universo primordiale si espanse a una velocità enorme la grande esplosione. L’inflazione cosmica risolve alcuni problemi, ma ne crea altri. In particolare, secondo la maggior parte delle versioni della teoria, invece di esistere un universo, il nostro universo è solo un universo in un multiverso, un numero infinito di universi, che potrebbero essere per noi per sempre inosservabili non solo nella pratica ma anche nella pratica pratica. . principio.

Non c’è nulla di intrinsecamente sospetto in queste funzionalità del modulo standard. Gli scienziati spesso trovano buone prove indirette di cose che non possiamo vedere, come le singolarità super-dense all’interno di un buco nero. Ma dopo i dati allarmanti Telescopio Webb Sulla formazione delle galassie e aggravato il problema con l’elettricità statica HubbleNon puoi incolpare nessuno per aver iniziato a chiedersi se il modello non sia stonato.

A questo punto, la narrazione familiare su come funziona la scienza viene spesso utilizzata per placare le paure. Lo dice così: I ricercatori pensano di avere la teoria giusta, ma nuovi dati mostrano che è sbagliata. Con insistenza, gli scienziati si rimboccano le maniche, tornano alle loro lavagne e escogitano nuove idee che consentono loro di migliorare la loro teoria adattandola meglio alle prove.

È una storia di umiltà e trionfo, e noi scienziati amiamo raccontarla. Del resto, questo potrebbe essere ciò che sta accadendo anche in questo caso. Forse la soluzione ai problemi che Telescopio Webb Ciò con cui dobbiamo confrontarci richiede solo che i cosmologi inventino qualcosa di nuovo, “oscuro”, che permetta alla nostra immagine dell’universo di continuare a corrispondere ai migliori dati cosmologici.

Tuttavia, esiste un’altra possibilità. Potremmo trovarci a un punto in cui abbiamo bisogno di un allontanamento radicale dal Modello Standard, che ci costringa a cambiare il modo in cui pensiamo agli elementi costitutivi dell’universo e forse anche alla natura dello spazio e del tempo..

IL Cosmologia Non come le altre scienze. Non è come studiare i topi in un labirinto o guardare le sostanze chimiche bollire in un recipiente in un laboratorio. L’universo è tutto ciò che esiste; Ce n’è solo uno e non possiamo guardarlo dall’esterno. Non puoi semplicemente metterlo in una scatola sul tavolo o fare esperimenti controllati su di esso. includendo tutto, Cosmologia Costringe gli scienziati ad affrontare domande sull’ambiente stesso in cui opera la scienza: la natura del tempo, la natura dello spazio, la natura della regolarità simile a una legge e il ruolo degli osservatori che effettuano osservazioni.

Queste domande molto specifiche non compaiono nelle scienze più “solite” (anche se si incontrano domande altrettanto cupe nella scienza della coscienza e nella fisica quantistica). Lavorando vicino al confine tra scienza e filosofia, i cosmologi sono costantemente perseguitati dai fantasmi di ipotesi sottostanti invisibili negli strumenti che utilizziamo, come il presupposto che le leggi scientifiche non cambiano nel tempo.

Ma questo è proprio il tipo di presupposto che dovremmo iniziare a mettere in discussione per scoprire cosa c’è di sbagliato nel Modello Standard. Possibilità dei suoi effetti fisici Lee Smolin E il filosofo Roberto Mangabeira Unger, Sono queste le leggi della fisica loro possono Si evolve e cambia nel tempo. Leggi diverse possono competere per l’efficacia. Una possibilità più radicale, analizzata da un fisico John Wheelerè che ogni atto di osservazione influisce sul futuro e anche sulla storia passata dell’universo (Wheelerche lavorò per comprendere i paradossi della meccanica quantistica, immaginava un “universo partecipativo” in cui ogni atto di osservazione era, in un certo senso, un nuovo atto di creazione).

Per cominciare, ancora Non sappiamo come questa riconsiderazione rivoluzionaria della nostra scienza possa aiutarci a comprendere meglio i dati cosmici che ci sconcertano. (Parte della difficoltà è che i dati stessi sono modellati dai presupposti teorici di coloro che li raccolgono.) Sarebbe necessario fare un passo indietro e rivisitare aspetti così fondamentali della nostra scienza.

Tuttavia, la rivoluzione potrebbe alla fine essere la migliore strada da percorrere. Questo è stato il caso in passato con progressi scientifici come la teoria eliocentrica di Copernico e la teoria dell’evoluzione degli organismi viventi. Darwin e relatività Einstein. Queste tre teorie finirono per avere anche un impatto culturale significativo: Minacciava il senso del nostro posto speciale nell’universoHanno messo alla prova la nostra intuizione che siamo fondamentalmente diversi dagli altri animali e hanno ribaltato la nostra fede nelle idee razionali sullo scorrere del tempo. Qualsiasi rivoluzione scientifica del tipo che immaginiamo potrebbe avere implicazioni simili per la nostra comprensione di noi stessi.

filosofo Roberto Chris l’ha scritto La filosofia è ciò di cui abbiamo bisogno quando fare più scienza non risponde a una domanda scientifica. Non è ancora chiaro se questo sia ciò che serve per superare la crisi Cosmologia. Ma se ulteriori modifiche non bastassero, potremmo aver bisogno non solo di una nuova storia dell’universo, ma di un nuovo modo di raccontarlo.

Questo articolo è apparso originariamente su New York Times.

* Adam Frank è professore di astrofisica all’Università di Rochester e autore del libro di prossima pubblicazione, The Little Book of Aliens. Marcelo Glazer è professore di fisica e astronomia al Dartmouth College e autore di The Dawn of the Conscious Universe: A Manifesto for the Future of Humanity.