Vari aspetti della teoria del multiverso e legami con l’universo inflazionario di Alan Guth

La scorsa settimana l’International Centre for Theoretical Physics di Trieste (ICTP) ha ospitato Alan Guth, padre della teoria dell’inflazione cosmologica e Victor F. Weisskopf Professor of Physics al Massachusetts Institute of Technology. L’occasione è stata data da tre lezioni, attorno a vari aspetti della teoria del Multiverso e ai suoi legami con l’inflazione, che Guth ha tenuto nell’ambito delle Salam Distinguished Lecture Series, lezioni aperte al pubblico che si tengono annualmente all’ICTP e che vedono ospiti scienziati di fama mondiale (qui il link per chi volesse vedere o scaricare le lezioni). Quello di Guth è un ritorno in quanto proprio all’ICTP, nel 2002, gli era stata consegnata la Medaglia Dirac per i suoi studi sull’inflazione. (Bilingual Article: italian – english)

La teoria proposta da Guth nel 1979 prevede che l’Universo abbia subito una fase di espansione fortemente accelerata che ne avrebbe aumentato le dimensioni di un miliardo di miliardi di volte in appena un miliardesimo di miliardesimo di secondo. 

La teoria dell’inflazione cosmologica, proposta da Guth nel 1979, prevede che l’Universo, durante il Big Bang, abbia subito una fase di espansione fortemente accelerata che ne avrebbe aumentato le dimensioni di un miliardo di miliardi di volte in appena un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Per quanto questo fenomeno possa sembrare singolare esso era in grado di risolvere alcuni problemi che si erano affacciati nella teoria del Big Bang in quegli anni. Guth stava lavorando sulla Teoria di Grande Unificazione (GUT), un’insieme di teorie che unificano interazione forte, debole ed elettromagnetica, ossia tre delle quattro interazioni fondamentali, che così non sarebbero altro che diverse manifestazioni di un unico campo la cui unità sarebbe visibile solo alle altissime energie che si sono avute nei primi istanti di vita dell’Universo.

La GUT, in particolare, prevede l’esistenza di particolari particelle facilmente individuabili dette monopoli magnetici. Queste dovrebbero essere state prodotte in gran numero nei primi istanti dell’Universo ma in realtà non sono mai state osservate. Guth propose allora l’espansione inflazionaria proprio come un meccanismo in grado di diluire enormemente la presenza di monopoli (addirittura ce ne potrebbe essere appena uno in tutto l’Universo visibile) e giustificare il fatto che non ne siano stati mai osservati. La teoria, inoltre, ha il grande pregio di spiegare in maniera molto naturale perché l’Universo appare omogeneo e uniforme risolvendo il cosiddetto problema dell’orizzonte. Anche se non vi è ancora un fenomeno fisico ben riconosciuto alla base dell’inflazione, la teoria nel corso degli anni ha avuto un successo sempre crescente in quanto è stata sempre in grado di spiegare molto bene le proprietà dell’Universo che sono state man mano individuate. Tra le sue conseguenze più strane vi è però anche la possibilità che il nostro sia solo uno tra infiniti universi che vengono continuamente prodotti in un processo senza fine e che quindi faccia parte di un cosiddetto Multiverso.

Abbiamo quindi approfittato della presenza di Guth all’ICTP per chiedergli quale sia il filo conduttore dei suoi studi a cavallo tra cosmologia e fisica teorica, per chiedergli lumi sull’inflazione e le sue conseguenze e per avere un chiarimento su un premio molto particolare che ha vinto qualche tempo fa.

La sua teoria dell’inflazione cosmologica è piuttosto famosa. Ma l’inflazione e la cosmologia non sono i suoi soli campi di ricerca. Si può dire che si trova nella area di sovrapposizione tra cosmologia e fisica teorica, giusto? Ci può spiegare in generale di cosa si occupa?

In generale lavoro su vari aspetti legati alla cosmologia: mi occupo della questione di come l’Universo potrebbe essersi formato dal nulla, mi occupo delle diverse fasi dell’evoluzione dei primissimi istanti di vita dell’Universo. Attualmente sto lavorando a un progetto con un certo numero di studenti su come l’inflazione e la cosmologia possono produrre buchi neri primordiali che potrebbero essere diventati magari i buchi neri super massivi al centro delle galassie. Sto anche lavorando su un tema completamente differente, il cosiddetto Cosmic Bell Experiment.

L’esperimento di Bell costituisce un test sulla validità della meccanica quantistica, un esperimento progettato per distinguerla da una possibile teoria delle variabili nascoste, una teoria deterministica che potrebbe sottostare alla meccanica quantistica (teorizzata dallo stesso Einstein in opposizione all’indeterminazione della meccanica quantistica, Nda). L’esperimento coinvolge due polarizzatori che devono essere settati in maniera casuale affinché l’esperimento sia valido e sia in grado di distinguere tra la meccanica quantistica e una teoria delle variabili nascoste. Di solito questo è fatto attraverso diversi tipi di generatori di numeri random, ma questo lascia la possibilità che se la teoria sottostante davvero coinvolge delle variabili nascoste, tale teoria può manipolare i generatori di numeri random e può così contraffare la meccanica quantistica. Ciò che rende il Cosmic Bell Experiment diverso da altri è che i detector sono settati sulla base di fotoni provenienti da sorgenti astronomiche distanti. Questo garantisce che se c’è una teoria invariante che prova a imitare la meccanica quantistica dovremmo aver pianificato questa strategia almeno 600 anni fa perché stiamo usando la luce di stelle lontane 600 anni luce. Quindi ciò mette di vincoli molto forti sulla possibilità che qualche teoria invariante ci dia l’illusione che la teoria giusta sia quella quantistica.

Non capita tutti i giorni di poter sentire una teoria come quella dell’inflazione direttamente da chi l’ha formulata. Ce la potrebbe spiegare e chiarirci perché ha avuto tanto successo?

L’inflazione in pratica è un teoria su ciò che ha guidato il big bang causando l’espansione dell’Universo. Prima dell’inflazione avevamo ciò che chiamo la teoria del big bang classica. Questa teoria non dice nulla sulla natura del bang in sé: anche se ha il nome di teoria del big bang in realtà è solo la teoria di ciò che ne è seguito e non dice nulla sulle sue cause. La teoria dell’inflazione fornisce delle possibili risposte a questa domanda e porta alla predizione che l’Universo primordiale abbia subito una fase di espansione esponenziale per un certo periodo di tempo. Espansione esponenziale vuol dire che la grandezza dell’Universo raddoppia e poi raddoppia e raddoppia ancora. Secondo questa teoria, la repulsione che ha fatto crescere l’Universo in espansione esponenziale – ciò che chiamiamo Big Bang – può essere guidata da una forma repulsiva di gravità. Questo però non vuol dire che sia basata su una nuova forma di gravità. Infatti, anche se è vero che la gravità newtoniana è sempre attrattiva – e infatti l’inflazione non è possibile con questa – in realtà la gravità è descritta dalla teoria della Relatività Generale e questa permette una repulsione gravitazionale.

L’inflazione propone che proprio questo tipo di gravitazione repulsiva sia stata la forza che ha guidato il big bang. È emerso che ciò porta a delle conseguenze ben definite che possono essere verificate. L’inflazione, ad esempio, porta la densità di massa dell’Universo verso un particolare valore detto densità critica. Quando l’inflazione è stata proposta non sembrava che l’Universo avesse una densità di massa pari a quella critica, sembrava piuttosto che fosse tra un quinto e un terzo di questo valore. Questa conoscenza ha avuto un cambiamento drammatico nel 1998 quando gli astronomi hanno scoperto che l’espansione dell’Universo non sta rallentando sotto l’impulso della gravità, ma sta invece accelerando. Ciò implica che ci deve essere qualcosa che guida questa accelerazione e che viene chiamato Energia Oscura. Noi non sappiamo con sicurezza cosa sia, ma possiamo comunque ricavare quanta ce ne deve essere per provocare l’accelerazione dell’espansione che osserviamo. Da questo si ricava che la densità di massa dell’Universo deve essere uguale a quella critica con una incertezza del 0,5% e questo risultato è diventato un grande successo per l’inflazione.

La teoria dell’inflazione funziona molto bene nel descrivere le proprietà dell’Universo, tuttavia non siamo in grado di osservare direttamente cosa è avvenuto nell’Universo appena formato. Vi sono inoltre molti modelli di inflazione, ma al momento, mi corregga se sbaglio, non vi è nessun candidato fisico conosciuto che può averla causata. C’è qualche osservazione sperimentale che potrebbe aiutare a definire meglio la teoria? Pensa che riuscirà a darci qualche indizio il segnale lasciato nella radiazione cosmica di fondo dalle onde gravitazionali prodotte durante l’inflazione?

In quasi tutti i modelli di inflazione, questa è guidata da un cosiddetto campo scalare attraverso una gravità repulsiva. Un campo scalare è come una sorta di campo elettrico o magnetico con l’eccezione che questi sono campi vettoriali e quindi puntano in una direzione dello spazio. Un campo scalare invece è definito solo da un numero in ogni punto dello spazio. C’è uno di questi campi di cui è stata al momento accertata l’esistenza ed è il campo di Higgs del Modello Standard, un campo che è associato alle particelle che sono state scoperte al Cern nel 2012 – i bosoni di Higgs – e che hanno completato il Modello Standard: una scoperta sperimentale spettacolare. L’inflazione può essere basata utilizzando qualcosa di analogo al campo di Higgs. È risultato che il campo di Higgs stesso può essere concepito come il campo che ha guidato l’inflazione, anche se in realtà è molto probabile che l’inflazione sia stata causata da qualche campo a energie più alte che non abbiamo ancora scoperto. Anche se non sappiamo molto sulla natura del campo che ha guidato l’inflazione, le misure molto precise e fantastiche che abbiamo fatto col satellite Plank e altri esperimenti ci hanno fornito dei vincoli molto stretti per le proprietà del campo inflatonico, in particolare sulla funzione che descrive la densità di energia come la funzione del valore del campo. Ora sappiamo qualcosa di questa funzione anche se non abbiamo ancora identificato il campo inflatonico e la particella associata ad esso.

Per quanto riguarda le onde gravitazionali primordiali, il modo B della polarizzazione ci permette di vedere i loro effetti attraverso il pattern della polarizzazione della radiazione cosmica di fondo. Sarebbe grande se si trovassero poiché, come i tuoi lettori potrebbero sapere, nel 2014 il gruppo BICEP 2 annunciò che aveva individuato esattamente quei modi B, ma poi è emerso che si sbagliava. È risultato infatti che c’era abbastanza polvere nella nostra galassia da rendere conto dell’intero segnale rilevato – anche la polvere può produrre questi modi B. Gli astronomi stanno però ancora provando a rilevare le onde gravitazionali cercando di tenere conto del segnale prodotto dalla polvere. Il segnale delle onde gravitazionali primordiali sarebbe una scoperta di incredibile importanza per la nostra comprensione dell’inflazione. Un questione chiave tuttora sconosciuta dei questa teoria e è infatti la scala di energia alla quale è avvenuta. Quale è stata la densità di energia dell’Universo al tempo dell’inflazione? Questo è anche una sorta di indizio del tempo esatto in cui è avvenuta. Noi non lo sappiamo e tutti i tipi dati che abbiamo, indipendentemente dalla loro precisione, non toccano la questione. Ma scoprire i modi B risponderà alla questione e ci dirà a quale scala di energia è avvenuta l’inflazione e questo è cruciale se sta cercando di capire la fisica sottostante all’inflazione.

C’erano molte aspettative sui risultati degli esperimenti al LHC per riuscire a trovare indizi su una nuova classe di leggi fisiche, ma vi è stata solo la definitiva coronazione del Modello Standard con l’osservazione del bosone di Higgs. Dato che non possiamo produrre energie ancora maggiori pensa che la cosmologia possa essere una sorta di ultima risorsa per la fisica teorica?

Beh, di sicuro le ricerche cosmologiche aprono una finestra nella fisica delle particelle in quanto in linea di principio rendono possibili delle osservazione a energie molto più alte di quelle che possono raggiungere gli acceleratori. Un esempio molto importante è quello dell’esatta natura di questo campo inflazionario. Se noi riuscissimo a individuarla sulla base di precise osservazioni cosmologiche questo ci darebbe informazioni sulla fisica ben oltre le energie del Modello Standard. Sarebbe davvero una scoperta molto importante.

Qui all’ICTP ha tenuto delle lezioni sulla teoria del Multiverso e su vari aspetti attorno ad essa. Ci potrebbe accennare qualcosa su questa teoria?

Come detto la teoria dell’inflazione prevede che l’Universo primordiale abbia subito una fase di espansione esponenziale per un certo periodo di tempo. In seguito almeno nella nostra parte di Universo questa espansione esponenziale è cessata convertendosi nell’espansione ordinaria: si passa quindi da una espansione accelerata a una che invece rallenta lentamente sotto l’effetto della gravità. Ora sappiamo che l’Universo attuale sta di nuovo accelerando, un fenomeno che pensiamo sia simile a ciò che è avvenuto nell’Universo primordiale. La questione alla base dell’idea di Multiverso, una delle principali che motivano quest’idea, deriva direttamente dall’inflazione e dalla particolare modalità con cui cessa questa espansione esponenziale dell’Universo primordiale: in quasi tutti i modelli che descrivono cosa accade, infatti, non cessa contemporaneamente ovunque. Mentre termina in una regione producendo un Universo che in questo contesto chiamiamo Universo bolla, l’espansione esponenziale continuerà altrove fermandosi in maniera casuale nelle varie zone producendo così molti altri di questi universi bolla. Ma ci sarà sempre uno spazio di sfondo che andrà avanti in eterno espandendosi esponenzialmente producendo un numero crescente in maniera esponenziale di universi bolla e questo è ciò che chiamiamo Multiverso

A questo punto una domanda semplice, ma fondamentale: da dove viene l’Universo?

Beh, certamente non lo sappiamo. Abbiamo delle teorie speculative sull’origine ultima dell’Universo. Devo enfatizzare il fatto che l’inflazione non è una teoria sull’origine dell’Universo. L’inflazione inizia con un Universo molto piccolo e descrive come è cresciuto. Il tipo di teoria che riguarda la creazione dell’Universo su cui i teorici stanno facendo speculazioni si basa su ipotesi che derivano da una comprensione qualitativa della gravità quantistica – noi non abbiamo una teoria della gravità quantistica e ciò rende il tutto piuttosto speculativo. Ciò nonostante è stato teorizzato che nella teoria definitiva della gravità quantistica, che ancora non abbiamo, ci potrebbe essere uno stato che si può identificare come assolutamente nulla: uno stato senza spazio, senza tempo, senza nulla. Questo sarebbe il punto di partenza naturale per l’Universo. E poi la teoria potrebbe descrivere il salto quantico che da quello stato di nulla produce presumibilmente un piccolo Universo iniziale che poi subisce l’inflazione per diventare infine l’Universo che vediamo. I fisici hanno seguito queste congetture pubblicando articoli, ma di sicuro non abbiamo una teoria definitiva su questo.

E questo è in conflitto con la teoria del Multiverso?

No, non è in conflitto con la teoria del Multiverso. Può anzi contribuire alla teoria in quanto questi processi quantici possono avvenire molte volte, per quanto ne sappiamo, e questo già produce un Multiverso. Ogni volta che ciò avviene produce un Universo inflazionario che può iniziare una inflazione eterna producendo un Multiverso all’interno di ognuna di queste origini. In questo modo quindi si moltiplicano i possibili multiversi.

Un ultima domanda. Gira voce che qualche anno fa abbia vinto una gara per l’ufficio più disordinato. È vero? Si trattava forse di un esperimento sull’entropia?

Hehe, giusto! Si è trattato di uno dei miei principali esperimenti sull’entropia. Volevo vedere quanto può crescere velocemente e ciò ha impegnato il mio ufficio molto al di là di ogni mia aspettativa.

Referenze:
  1. https://oggiscienza.it/2018/02/08/origine-universo-alan-guth/

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Various aspects of the multiverse theory and links to the inflationary universe of Alan Guth

Last week, the International Center for Theoretical Physics of Trieste (ICTP) hosted Alan Guth, father of the cosmological inflation theory and Victor F. Weisskopf Professor of Physics at the Massachusetts Institute of Technology. The occasion was given by three lessons, around various aspects of the Multiverse theory and its links to inflation, which Guth held within the Salam Distinguished Lecture Series, open classes to the public held annually at the ICTP and see world-famous scientists (here the link for those wishing to see or download the lessons). That of Guth is a return to the ICTP, in 2002, he was given the Dirac Medal for his studies on inflation.

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The theory proposed by Guth in 1979 predicts that the Universe has undergone a strongly accelerated expansion phase that would have increased its size by a billion billion times in just a billionth of a billionth of a second.

The theory of cosmological inflation, proposed by Guth in 1979, provides that the Universe, during the Big Bang, underwent a phase of strongly accelerated expansion that would have increased the size of a billion billions of times in just one billionth of one billionth of a second. Although this phenomenon may seem strange, it was able to solve some problems that had appeared in the Big Bang theory in those years. Guth was working on the Theory of Great Unification (GUT), a set of theories that unify strong, weak and electromagnetic interaction, that is, three of the four fundamental interactions, which would be nothing but different manifestations of a single field whose unity would be visible only to the very high energies that have occurred in the first moments of life of the Universe.

The GUT, in particular, provides for the existence of particular easily identifiable particles called magnetic monopolies. These should have been produced in great numbers in the first moments of the Universe but in reality they have never been observed. Guth then proposed inflationary expansion as a mechanism capable of greatly diluting the presence of monopolies (even there could be just one in the entire visible Universe) and to justify the fact that they have never been observed. Moreover, the theory has the great advantage of explaining in a very natural way why the Universe appears homogeneous and uniform, solving the so-called problem of the horizon. Although there is not yet a well-recognized physical phenomenon underlying inflation, the theory over the years has been increasingly successful as it has always been able to explain very well the properties of the Universe that have been gradually identified. Among its strangest consequences, however, there is also the possibility that ours is only one among infinite universes that are continuously produced in a never-ending process and that therefore is part of a so-called Multiverse.

We therefore took advantage of Guth’s presence at the ICTP to ask him what is the leitmotif of his studies between cosmology and theoretical physics, to ask him about the inflation and its consequences and to have a clarification on a very special award that has won some time ago.

His theory of cosmological inflation is quite famous. But inflation and cosmology are not its only fields of research. We can say that it is located in the area of ​​overlap between cosmology and theoretical physics, right? Can you explain in general what you are dealing with?

In general I work on various aspects related to cosmology: I deal with the question of how the Universe could have formed from nothing, I deal with the different phases of evolution of the very first moments of life in the Universe. I am currently working on a project with a number of students on how inflation and cosmology can produce primordial black holes that could possibly have become super-massive black holes at the center of galaxies. I’m also working on a completely different theme, the so-called Cosmic Bell Experiment.

The Bell experiment constitutes a test on the validity of quantum mechanics, an experiment designed to distinguish it from a possible theory of hidden variables, a deterministic theory that could underlie quantum mechanics (theorized by Einstein himself in opposition to the indeterminacy of quantum mechanics, nda). The experiment involves two polarizers that must be set randomly so that the experiment is valid and is able to distinguish between quantum mechanics and a theory of hidden variables. Usually this is done through different kinds of random number generators, but this leaves the possibility that if the underlying theory really involves hidden variables, this theory can manipulate random number generators and can thus counterfeit quantum mechanics. What makes the Cosmic Bell Experiment different from others is that the detectors are set on the basis of photons coming from distant astronomical sources. This guarantees that if there is an invariant theory that tries to imitate quantum mechanics we should have planned this strategy at least 600 years ago because we are using the starlight far 600 light years. So this puts very strong constraints on the possibility that some invariant theory gives us the illusion that the right theory is the quantum one.

It is not every day that you can hear a theory like that of inflation directly from those who formulated it. Can you explain and clarify why it was so successful?

Inflation in practice is a theory of what drove the big bang causing the expansion of the Universe. Before inflation we had what I call the classic big bang theory. This theory says nothing about the nature of the bang itself: even if it has the name of the big bang theory it is actually just the theory of what followed it and says nothing about its causes. Inflation theory provides possible answers to this question and leads to the prediction that the primordial Universe has undergone a phase of exponential expansion for a certain period of time. Exponential expansion means that the size of the Universe doubles and then doubles and doubles again. According to this theory, the repulsion that caused the exponentially expanding Universe to grow – what we call Big Bang – can be driven by a repulsive form of gravity. But this does not mean that it is based on a new form of gravity. In fact, although it is true that Newtonian gravity is always attractive – and indeed inflation is not possible with this – in reality gravity is described by the theory of General Relativity and this allows gravitational repulsion.

Inflation proposes that precisely this type of repulsive gravitation was the driving force behind the big bang. It emerged that this leads to well-defined consequences that can be verified. Inflation, for example, brings the mass density of the Universe to a particular value called critical density. When inflation was proposed it did not seem that the Universe had a mass density equal to the critical one, it seemed rather that it was between a fifth and a third of this value. This knowledge had a dramatic change in 1998 when astronomers discovered that the expansion of the Universe is not slowing down under the impulse of gravity, but is instead accelerating. This implies that there must be something that drives this acceleration and that is called Dark Energy. We do not know for sure what it is, but we can still figure out how much there is to cause the acceleration of the expansion we observe. From this it is deduced that the mass density of the Universe must be equal to the critical density with an uncertainty of 0.5% and this result has become a great success for inflation.

Inflation theory works very well in describing the properties of the Universe, yet we are not able to directly observe what happened in the newly formed Universe. There are also many inflation models, but right now, correct me if I’m wrong, there is no known physical candidate who may have caused it. Is there any experimental observation that could help to better define the theory? Do you think that it will give us some indication of the signal left in the cosmic background radiation from the gravitational waves produced during the inflation?

In almost all inflation models, this is guided by a so-called scalar field through repulsive gravity. A scalar field is like a sort of electric or magnetic field with the exception that these are vector fields and therefore point in a direction of space. A scalar field instead is defined only by a number in every point of the space. There is one of these fields whose existence has been established and is the Higgs field of the Standard Model, a field that is associated with the particles that were discovered at CERN in 2012 – the Higgs bosons – and that they have completed the Standard Model: a spectacular experimental discovery. Inflation can be based on using something similar to the Higgs field. It turned out that the Higgs field itself can be conceived as the field that has driven inflation, although in reality it is very likely that inflation has been caused by some field at higher energies that we have not yet discovered. Although we do not know much about the nature of the field that has driven inflation, the very precise and fantastic measures we have made with the Plank satellite and other experiments have given us very close ties to the properties of the inflatonic field, in particular on the function that describes the energy density as the function of the field value. We now know something about this function even if we have not yet identified the inflatonic field and the particle associated with it.

Regarding primordial gravitational waves, the polarization mode B allows us to see their effects through the polarization pattern of the cosmic microwave background radiation. It would be great if they were found because, as your readers might know, in 2014 the BICEP 2 group announced that it had identified exactly those B modes, but then it turned out that it was wrong. It turns out that there was enough dust in our galaxy to account for the entire signal detected – even dust can produce these B modes. But astronomers are still trying to detect gravitational waves trying to take into account the signal produced by dust. The signal of primordial gravitational waves would be an incredibly important discovery for our understanding of inflation. A key issue still unknown to this theory and is in fact the scale of energy that has occurred.What was the energy density of the Universe at the time of inflation? 

This is also a kind of clue to the exact time it took place. We do not know and all the data types we have, regardless of their accuracy, do not touch the question. But discovering the modes B will answer the question and tell us at what scale of energy inflation has occurred and this is crucial if it is trying to understand the underlying physics of inflation.

There were many expectations about the results of the experiments at the LHC to be able to find clues about a new class of physical laws, but there was only the definitive coronation of the Standard Model with the observation of the Higgs boson. Since we can not produce even greater energy, do you think that cosmology can be a sort of last resort for theoretical physics?

Well, of course, cosmological research opens up a window into particle physics because in principle they make it possible to observe at much higher energies than those that can reach the accelerators. A very important example is the exact nature of this inflationary field. If we could identify it on the basis of precise cosmological observations, this would give us information about physics far beyond the energies of the Standard Model. It would really be a very important discovery.

Here at ICTP he lectured on the theory of the Multiverse and on various aspects around it. Could you mention something about this theory?

As mentioned, the inflation theory predicts that the primordial Universe has undergone a phase of exponential expansion for a certain period of time. Later on at least in our part of the Universe this exponential expansion has ceased converting itself into ordinary expansion: we then move from an accelerated expansion to one that instead slowly slows down under the effect of gravity. We now know that the current Universe is accelerating again, a phenomenon we think is similar to what happened in the early Universe. The question underlying the idea of ​​Multiverse, one of the main reasons for this idea, derives directly from inflation and the particular way in which this exponential expansion of the primordial universe ceases: in almost all the models that describe what happens, in fact , does not cease at the same time anywhere. As it ends in a region producing a Universe that in this context we call the Bubble Universe, exponential expansion will continue elsewhere by stopping randomly in the various zones thus producing many more of these bubble universes. But there will always be a background space that will go on forever expanding exponentially by producing an exponentially growing number of bubble universes and this is what we call Multiverse

At this point a simple but fundamental question: where does the Universe come from?

Well, we certainly do not know. We have speculative theories about the ultimate origin of the Universe. I have to emphasize the fact that inflation is not a theory about the origin of the Universe. Inflation starts with a very small Universe and describes how it has grown. The kind of theory concerning the creation of the Universe on which theorists are making speculations is based on assumptions that derive from a qualitative understanding of quantum gravity – we do not have a theory of quantum gravity, which makes it rather speculative. Nevertheless it has been theorized that in the definitive theory of quantum gravity, which we do not yet have, there could be a state that can be identified as absolutely nothing: a state without space, without time, without anything. This would be the natural starting point for the Universe. And then the theory could describe the quantum leap that from that state of nothing presumably produces a small initial Universe that then undergoes inflation to eventually become the Universe we see. Physicists have followed these conjectures by publishing articles, but we certainly do not have a definitive theory about this.

And is this in conflict with the Multiverse theory?

No, it is not in conflict with the Multiverse theory. It can even contribute to the theory as these quantum processes can occur many times, as far as we know, and this already produces a Multiverse. Whenever this happens, it produces an inflationary Universe that can initiate an eternal inflation by producing a Multiverse within each of these origins. In this way the possible multiverses are multiplied.

A last question. Rumor has it that a few years ago won a race for the most messy office. It’s true? Was this an experiment on entropy?

Hehe, right! It was one of my main experiments on entropy. I wanted to see how fast it can grow and this has involved my office far beyond my expectations.

Reference:
  1. Italian version of this article https://oggiscienza.it/2018/02/08/origine-universo-alan-guth/

 

 

 

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