Stringhe e multi-universi. Solo un gioco matematico?

Posted on 27. nov, 2009 by Aldo Gagliano in Astronomia, cosmologia

E’ uno degli interrogativi più grandi affrontato dalla fisica: perché  il nostro Universo è così com’è? Se alcune delle leggi fondamentali fossero state solo un po’ diverse, il nostro Universo sarebbe un luogo strano e letale. Invece, sembra che sia “elegantemente” sintonizzato per rendere possibile la vita. La Teoria delle Stringhe è oggi la “concorrente” principale della famosa “Teoria del Tutto”, grande (e ultimo) dilemma di Einstein, o almeno vuol diventare lei “il Tutto”. Questa teoria si basa sull’affascinante ipotesi di “multiuniversi” fondati sul modello fisico i cui costituenti di base sono oggetti ad una dimensione (stringhe) anziché dimensione nulla (i punti) come vorrebbe ad oggi la fisica attuale. Ciò toglie in un sol colpo “il fastidio” di affrontare i problemi di una teoria fisica connessa alla presenza di particelle puntiformi. Ad esempio, le “Stringhe vibranti” ad una sola dimensione riescono a descrivere accuratamente le forze nucleari con una descrizione che fa predizioni che contraddicono addirittura l’esperienza diretta. Una delle varie sfaccettature, per ovvia che possa sembrare, è quella che recita che il nostro Universo non è particolarmente speciale perché il Big Bang (l’ipotesi più realistica dell’inizio dell’Universo) potrebbe aver prodotto un qualsiasi numero impressionanti di altri universi molto diversi, tutti con le stesse probabilità “d’inizio” degli altri.”L’approccio antropico ci fa supporre che tutti gli universi siano reali e che casualmente a noi ci capita di vivere in uno di questi”, dice Michael Duff teorico delle stringhe dell’Imperial College di Londra.

Secondo la teoria delle stringhe, le particelle come gli elettroni e i fotoni sono in realtà piccole corde vibranti. La bellezza della teoria è che essa può essere rappresentata per tutte le forze note compreso il peso, cosa che il modello standard della fisica non fa. Ma i suoi critici asseriscono che non vi è sostanzialmente alcun modo per testarlo. A pensarci bene anche sulla Teoria della Relatività Generale di Einstein si presentò lo stesso problema, ovvero la non rappresentabilità pratica (e visiva), anche se oggi grazie alle nuove tecnologie e ai nuovi studi si è superato il problema confermando la genialità dello scienziato. Ma per cercare di capire in modo semplice una cosa così complessa dobbiamo fare un piccolo riepilogo:

Nell’ambito della fisica delle particelle e quindi dell’infinitamente piccolo, il Modello di Unificazione delle particelle è al momento la Teoria Standard, che spiega ed è in accordo con tutti i fenomeni fisici osservati. Tale teoria, ha fondamento nella meccanica quantistica.  Quest’ultima grande scoperta, asserisce che il comportamento della materia a minuscole distanze è completamente diverso dal comportamento della materia che percepiamo abitualmente. Cioè a piccolissime distanze (miliardesimi di millimetro) si osserva un comportamento della materia diverso da quello conosciuto. La gravità (la forza fondamentale più debole in natura) può essere trascurata, o meglio può far trascurare totalmente la curvatura dello spazio indotto dalle particelle elementari quando si studia l’infinitamente piccolo. Analogamente, è più che naturale trascurare lo strano comportamento delle particelle elementari a piccole distanze quando si vogliano studiare fenomeni macroscopici come l’evoluzione e lo spostamento delle galassie e usare invece la Teoria della Relatività Generale di Einstein. Abbiamo quindi due teorie fisiche, una che descrive la gravitazione (Relatività Generale) e l’altra che descrive tutte le altre forze della natura (Modello Standard delle Particelle). Tutte e due sono state confermate sperimentalmente,  dimostrando come ciascuna abbia una sua forma di validità in cui l’altra non gioca nessun ruolo. Tutto bene se non si presentasse il problema che a particolari regimi di energia e distanze non è possibile descrivere un fenomeno fisico usando solo l’una o l’altra teoria. La teoria delle stringhe predice che a distanze un milione di miliardi di volte più piccole delle distanze minime conosciute ad oggi è necessario considerare tutte insieme le forze della natura, gravità compresa. Non è escluso che queste situazioni si siano verificate nei primissimi istanti di vita dell’universo durante il Big-Bang Da qui il fatto che teoricamente è importantissimo capire come combinare insieme le due teorie, ma per l’appunto tutto questo è tremendamente complicato. Attualmente pare che la gravità si rifiuti di comportarsi a piccolissime distanze come richiesto dalla Meccanica Quantistica. In questo contesto fa il suo ingresso la Teoria delle Stringhe. Se, come si pensa, essa riuscirà ad inglobare in una sola visione tutte le forze della natura, sicuramente potremo parlare di una vera e propria “rivoluzione fisica”. Attualmente potremmo definirla una teoria puramente “matematica”, una sorta di complicatissimo gioco matematico, invenzione di brillanti menti teoriche, comprensibilmente affascinante. Ma alcune speranze si affacciano all’orizzonte. Una di queste potrebbe essere il tanto discusso esperimento LHC (Large Hadron Collider), l’acceleratore di particelle che tanto scalpore da “fine del mondo” ha suscitato. Elementi di prova per la teoria delle stringhe potrebbero infatti venire dalla constatazione di brevissima durata di mini buchi neri creati appunto con l’LHC. Ma la possibilità del loro apparire è molto difficile, quindi la loro “non apparizione” non sarebbe certo un colpo mortale per la teoria. Comunque una nuova squadra di scienziati a Ginevra, guidata da Jacques Distler della University of Texas di Austin, Stati Uniti, ha dimostrato che le energie necessarie a rivelare tali effetti “di prova” sono realizzabili con l’acceleratore di particelle. Staremo a vedere. 

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