Janna Levin: Il suono dell'universo

Voglio chiedere a tutti voi di considerare per un secondo il semplicissimo fatto che, di gran lunga, la maggior parte di ciò che conosciamo sull'universo ci arriva dalla luce. Possiamo stare sulla Terra e guardare il cielo notturno e vedere le stelle a occhi nudi. Il Sole brucia la nostra visione periferica, vediamo la luce riflessa sulla Luna, e sin dal momento in cui Galileo ha puntato il suo telescopio rudimentale verso i corpi celesti, l'universo conosciuto ci è arrivato attraverso la luce, attraverso vaste ere della storia cosmica. E con tutti i nostri telescopi moderni, siamo stati in grado di raccogliere questo sbalorditivo film muto dell'universo -- questa serie di istantanee che compiono il percorso inverso fino al Big Bang.

E comunque, l'universo non è un film muto, perché l'universo non è muto. Vorrei convincervi del fatto che l'universo ha una colonna sonora, e quella colonna sonora viene suonata dallo spazio stesso. Perché lo spazio può vibrare come un tamburo. Può riecheggiare una specie di registrazione, in ogni parte dell'universo, di alcuni dei più sensazionali eventi mentre essi hanno luogo. Ci piacerebbe poter aggiungere, a una sorta di gloriosa composizione visiva che abbiamo dell'universo, una composizione sonora. E mentre non abbiamo mai sentito i suoni dello spazio, nei prossimi cinque anni, dovremmo davvero iniziare ad alzare il volume su quello che succede là fuori.

Quindi in questa aspirazione di catturare le canzoni dell'universo, indirizziamo la nostra attenzione ai buchi neri e alle promesse che fanno, perché i buchi neri possono battere forte sullo spazio temporale come battenti su un tamburo e hanno un suono davvero caratteristico, e mi piacerebbe suonare per voi alcune delle nostre previsioni su come sarebbe quel suono. I buchi neri sono buio contro un cielo buio. Non riusciamo a vederli direttamente. Non ci vengono portati dalla luce, almeno non direttamente. Li riusciamo a vedere indirettamente, perché i buchi neri provocano caos nel loro ambiente. Distruggono le stelle intorno a loro. Agitano i detriti nelle loro vicinanze. Ma non ci arrivano direttamente attraverso la luce. Un giorno potremmo vedere un'ombra che un buco nero può gettare su uno sfondo molto luminoso, ma non è ancora successo. E comunque i buchi neri si possono sentire anche se non si possono vedere, e questo perché battono sullo spazio temporale come un tamburo.

L'idea che lo spazio risuonari come un tamburo, la dobbiamo ad Albert Einstein, al quale dobbiamo davvero molto. Einstein ha capito che se lo spazio fosse vuoto, se l'universo fosse vuoto, sarebbe come questa immagine, tranne forse per l'utile griglia tracciata sopra. Ma se fossimo in caduta libera attraverso lo spazio, persino senza questa utile griglia, potremmo dipingerla noi stessi, perché ci renderemmo conto di aver viaggiato lungo linee dritte, percorsi dritti senza flessioni attraverso l'universo. Einstein ha anche capito -- e questo è il vero nocciolo della questione -- che se si mettono nell'universo energia o massa, si potrà curvare lo spazio. E un oggetto in caduta libera transiterebbe, diciamo, davanti al sole e verrebbe deviato lungo le curve naturali nello spazio. Era la grande teoria generale della relatività. Persino la luce sarebbe stata curvata da quei percorsi. E potreste essere curvati così tanto che verreste presi in orbita intorno al Sole, come la Terra, o come la Luna intorno alla Terra. Queste sono le curve naturali nello spazio.

Quello che Einstein non ha capito è stato che, se si prendesse il nostro Sole e si comprimesse fino a sei chilometri -- in modo da ottenere un milione di volte la massa della Terra e si comprimesse fino a sei chilometri da parte a parte, si creerebbe un buco nero, un oggetto così denso che se la luce deviasse troppo vicino, non sfuggirebbe mai -- un'ombra oscura contro l'universo. Non è stato Einstein a capirlo, è stato Karl Schwarzchild, un ebreo tedesco durante la Prima Guerra Mondiale, unitosi all'esercito tedesco già da scienziato esperto, lavorando sul fronte russo. Mi piace immaginare Schwarzchild durante la guerra in trincea a calcolare le traiettorie balistiche dei colpi di cannone, e poi, in mezzo, a calcolare le equazioni di Einstein -- così come si fa nelle trincee. Stava leggendo la teoria generale della relatività, pubblicazione recente di Einstein, ed era emozionato da questa teoria. E rapidamente suppose una soluzione matematica esatta che descriveva una cosa davvero straordinaria: curve così forti che lo spazio gli sarebbe piovuto addosso, lo spazio stesso si sarebbe curvato come una cascata scendendo nella gola di un buco. E persino la luce non sarebbe sfuggita a questa corrente. La luce sarebbe stata trascinata nel buco così come ogni altra cosa, e tutto quello che sarebbe rimasto sarebbe stata ombra.

Lui scrisse a Einstein, e gli disse: "Come vedrai, la guerra è stata abbastanza gentile con me, nonostante il fuoco pesante. Sono riuscito a sfuggirle e a camminare attraverso la terra delle tue idee". Ed Einstein rimase davvero colpito da questa soluzione esatta, e io spero anche dalla dedizione dello scienziato. Questo è uno scienziato che ha lavorato sodo in condizioni inclementi. E lui, la settimana dopo, portò l'idea di Schwarzchild alla Prussian Academy of Sciences. Ma Einstein ha sempre pensato che i buchi neri fossero una stranezza matematica. Non credeva che esistessero in natura. Pensava che la natura ci avrebbe protetto dalla loro formazione. Passarono decenni prima che fosse coniato il termine buco nero e che le persone capissero che i buchi neri sono oggetti astrofisici reali -- infatti sono lo stato morto di ogni stella solida che collassa catastroficamente alla fine della propria vita.

Il nostro Sole non collasserà in un buco nero. In effetti non è abbastanza solido. Ma se immaginassimo di fare un piccolo esperimento -- come Einstein sarebbe davvero felice di fare -- potremmo immaginare di comprimere il Sole in 6 chilometri, e mettergli intorno in orbita una piccola Terra, forse 30 chilometri al di fuori del Sole buco nero. Sarebbe auto illuminata, perché adesso il Sole non c'è più, e non abbiamo un'altra fonte di luce -- quindi creiamo la nostra piccola Terra auto illuminata. Capireste di poter mettere la Terra in un'orbita felice anche 30 km al di fuori di questo buco nero compresso. Questo buco nero compresso in effetti sarebbe più o meno della dimensione di Manhattan. Potrebbe fuoriuscire un po' nell'Hudson prima di distruggere la Terra. Ma essenzialmente stiamo parlando di questo. Stiamo parlando di un oggetto che si potrebbe comprimere fino a metà dell'area di Manhattan al quadrato.

Quindi muoviamo questa Terra molto vicino -- 30 Km fuori -- e notiamo che sta orbitando perfettamente intorno al buco nero. C'è una specie di mito per cui i buchi neri divorano ogni cosa nell'universo, ma in verità bisognerebbe andarci molto vicino per caderci dentro. ma la cosa davvero impressionante è che, dalla nostra posizione di vantaggio, possiamo sempre vedere la Terra. Non si può nascondere dietro il buco nero. La luce dalla Terra, in parte ci cade dentro, ma in parte si riflette intorno e ritorna verso di noi. Quindi non si può nascondere niente dietro un buco nero. Se questa fosse Battlestar Galactica e voi combatteste i Cylons, non nascondetevi dietro il buco nero. Vi vedrebbero.

Ora, il nostro Sole non collasserà in un buco nero; non è abbastanza solido, ma ci sono decine di migliaia di buchi neri nella nostra galassia. E se uno eclissasse la Via Lattea, ecco come apparirebbe. Vedremmo un'ombra di quel buco nero contro le centinaia di migliaia di stelle della Galassia della Via Lattea e i suoi luminosi sentieri polverosi. E se noi cadessimo verso questo buco nero, vedremmo tutta quella luce riflessa intorno, e potremmo persino iniziare a incrociare quell'ombra e non notare davvero che è successo qualcosa di interessante. Sarebbe un male se accendessimo i nostri razzi per uscire da lì perché non potremmo, più di quanto non potrebbe fuggire la luce.

Ma anche se il buco nero è buio dal di fuori, non è buio all'interno, perché tutta la luce della galassia ci cadrebbe dentro dietro di noi. E sebbene a causa di un relativistico effetto noto come dilatazione temporale, i nostri orologi sembrerebbero rallentare in relazione al tempo galattico, sembrerebbe come se l'evoluzione della galassia si fosse accelerata e ci avesse sparato, proprio prima di essere compressi a morte dal buco nero. Sarebbe un'esperienza vicina alla morte dove si vede la luce alla fine del tunnel, ma in realtà sarebbe un'esperienza di morte totale. (Risate) E non c'è modo di raccontare a nessuno della luce alla fine del tunnel.

Non abbiamo mai visto un'ombra come quella di un buco nero, ma i buchi neri si possono sentire, anche se non si possono vedere. Immaginate di prendere una situazione astrofisicamente realistica -- immaginate due buchi neri che hanno vissuto una lunga vita insieme. Forse hanno iniziato come stelle che sono collassate in due buchi neri -- ciascuno 10 volte la massa del Sole. Quindi le comprimeremo fino a 60 km. Possono girare centinaia di volte al secondo. Alla fine delle loro vite, andranno una intorno all'altra molto vicine alla velocità della luce. Quindi stanno attraversano migliaia di chilometri in una frazione di secondo. E mentre lo fanno, non curvano lo spazio, si lasciano dietro nella loro scia un suono di spazio, una vera onda nello spazio-tempo. Lo spazio si spreme e si dilata mentre viene emanato da questi buchi neri che colpiscono l'universo. E viaggiano per il cosmo alla velocità della luce.

Questa simulazione al computer si deve a un gruppo della relatività alla NASA Goddard. Ci sono voluti quasi 30 anni prima che qualcuno risolvesse questo problema. Questo era uno dei gruppi. Mostra due buchi neri uno in orbita intorno all'altro, ancora, con queste utili curve disegnate. E se riuscite a vedere -- è vago -- ma se riuscite a vedere le onde rosse che emana, quelle sono onde gravitazionali. Sono letteralmente i suoni del tintinnio dello spazio, e viaggeranno fuori da questi buchi neri alla velocità della luce mentre suonano e si fondono in un buco nero che gira, tranquillo, alla fine del giorno. Se foste abbastanza vicini, le vostre orecchie risuonerebbero con la compressione e la dilatazione dello spazio. Ne sentireste letteralmente il suono. Ovviamente, la vostra testa sarebbe compressa e dilatata inutilmente, quindi potreste avere qualche problema a capire cosa succede. Ma mi piacerebbe farvi ascoltare il suono che abbiamo previsto.

Questo è del mio gruppo -- un modello appena meno attraente. Immaginate un buco nero più leggero che cade in un buco nero molto pesante. Il suono che sentite è il buco nero più leggero che colpisce lo spazio ogni volta che si avvicina. Se si allontana, è un po' troppo silenzioso. Ma arriva come una mazza, e spacca letteralmente lo spazio, facendolo vibrare come un tamburo. E noi possiamo prevedere quale sarà il suono. Sappiamo che, mentre cade, diventa più veloce e più forte. E alla fine, sentiremo il piccolino cadere dentro al grande. (Percussione) Poi sparisce. Io non l'ho mai sentito forte -- in effetti è più marcato. A casa ha un suono anticlimatico. E' una specie di ding, ding, ding.

Questo è un altro suono del mio gruppo. No, non vi sto mostrando nessuna immagine, perché i buchi neri non si lasciano dietro utili tracce d'inchiostro, e lo spazio non è colorato, e non vi mostra le curve. Ma se voi steste fluttuando nello spazio in una vacanza spaziale e sentiste questo, sarebbe opportuno andarsene al volo. (Risate) Dovreste allontanarvi dal suono. Entrambi i buchi neri si stanno muovendo. Entrambi i buchi neri si stanno avvicinando. In questo caso, entrambi tremolano abbastanza. E poi si fonderanno. (Percussione) Ora non c'è più. Quello stridore è caratteristico dei buchi neri che si fondono -- che stridono alla fine. Ora ecco la nostra previsione per ciò che vedremo.

Per fortuna siamo a una distanza di sicurezza a Long Beach, in California. E ovviamente, da qualche parte nell'universo due buchi neri si sono fusi. E ovviamente, lo spazio intorno a noi sta suonando dopo aver viaggiato forse un milione di anni luce, o un milione di anni, alla velocità della luce, per poterci raggiungere. Ma il suono è troppo basso per poter essere udito da chiunque. Ci sono esperimenti davvero attivi sulla Terra -- uno chiamato LIGO -- che avvertirà le deviazioni nella compressione e nella dilatazione dello spazio a meno della frazione di un nucleo di un atomo per più di quattro chilometri. E' un esperimento notevolmente ambizioso, e si avvarrà di una sensibilità avanzata, nei prossimi anni -- per coglierlo. C'è anche una missione proposta per lo spazio, che si spera verrà lanciata nei prossimi dieci anni, chiamata LISA. E LISA sarà in grado di vedere un buco nero immenso -- buchi neri milioni o miliardi di volte la massa del Sole.

In questa immagine di Hubble vediamo due galassie. Sembrano congelate in una sorta di abbraccio. E ognuna probabilmente dà riparo al suo interno a un buco nero enorme. Ma non sono congelate, in effetti si stanno fondendo. Questi due buchi neri stanno collidendo, e si fonderanno in una scala di tempo di un miliardo di anni. E' oltre la nostra percezione umana cogliere una canzone di quella durata. Ma LISA potrebbe vedere le fasi finali di due buchi neri enormi antecedenti la storia dell'universo, negli ultimi 15 minuti prima che si uniscano. E non si tratta solo i buchi neri, ma anche di ogni grande sconvolgimento nell'universo -- e il più grande di tutti è il Big Bang. Quando è stata coniata questa espressione, era di derisione -- "Oh, credereste in un Big Bang?" ma ora in effetti potrebbe essere più tecnicamente accurato, perché potrebbe davvero fare "Bang"; potrebbe produrre un suono.

Questa animazione dei miei amici dei Proton Studios mostra uno sguardo al Big Bang dall'esterno. In effetti non vogliamo realmente farlo; vogliamo rimanere dentro l'universo, perché non esiste poter stare fuori dall'universo. Quindi immaginate di essere dentro il Big Bang. E' ovunque, è tutto intorno a voi, e lo spazio sta vibrando caoticamente. Passano 14 miliardi di anni e questa canzone ci risuona ancora intorno. Si formano le galassie, e si formano generazioni di stelle in quelle galassie. E intorno a una stella, almeno una stella, c'è un pianeta abitato. Ed eccoci frenetici, a costruire questi esperimenti, a fare questi calcoli, a scrivere questi codici per computer.

Immaginate un miliardo di anni fa, due buchi neri che collidono. Quella canzone è risuonata attraverso lo spazio per tutto quel tempo. Noi non eravamo nemmeno lì. Si fa sempre più vicino -- 40.000 anni fa stavamo ancora facendo i disegni nelle caverne. In fretta, costruite i vostri strumenti! Si avvicina sempre di più, e nel duemila ... qualunque anno sarà quando i nostri rivelatori saranno finalmente a una sensibilità avanzata -- li costruiremo, accenderemo le macchine e, bang, la cattureremo -- la prima canzone dallo spazio. Se fosse il Big Bang che cogliamo, suonerebbe così. (Statica) E' un suono terribile. E' letteralmente la definizione di rumore. E' un rumore bianco, è un suono così caotico. Ma è dovunque intorno a noi, presumibilmente, se non è stato eliminato da qualche altro processo dell'universo. E se lo cogliamo, sarà musica per le nostre orecchie, perché sarà il tranquillo eco di quel momento della nostra creazione, del nostro universo visibile.

Quindi nei prossimi cinque anni, saremo in grado di alzare un po' la colonna sonora, presentare l'universo in audio. Ma se percepiamo quei primissimi momenti, ci avvicineremo molto di più a una comprensione del Big Bang, che ci avvicinerà molto di più ad alcune delle più complesse ed elusive domande. Se mandassimo all'indietro un film del nostro universo, sapremmo che nel nostro passato c'è stato un Big Bang, e potremmo persino sentirne il suono cacofonico, ma il nostro Big Bang, è stato l'unico Big Bang? Voglio dire che ci dovremmo chiedere cos'è successo prima. Succederà ancora? Nello spirito di TED di accrescere la sfida per riaccendere la curiosità, possiamo fare domande, almeno per quest'ultimo minuto, che onestamente potrebbero sfuggirci per sempre.

Ma dobbiamo chiedere: è possibile che il nostro universo sia semplicemente una briciola di una storia più grande? O, è possibile che noi siamo solo un ramo di un multiverso -- ogni ramo con il suo Big Bang nel proprio passato -- forse qualcuno di loro con dei buchi neri che suonano i tamburi, forse qualcuno senza -- forse qualcuno con una vita senziente, e forse qualcuno senza -- non nel nostro passato, non nel nostro futuro, ma in qualche modo fondamentalmente collegato con noi? Quindi dobbiamo chiederci, se c'è un multiverso, in qualche altro frammento di quel multiverso, ci sono delle creature? Ecco le creature del mio multiverso. Ci sono altre creature nel multiverso, che si domandano di noi e si domandano delle loro origini? E se ci sono, posso immaginarle come siamo noi, che fanno calcoli, scrivono codici per computer, che costruiscono strumenti, che cercano di cogliere i suoni più deboli delle loro origini e si domandano chi altro ci sia là fuori.

Grazie. Grazie.

(Applausi)