La teoria delle stringhe

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unificazione forze Per capire l’obbiettivo della teoria delle stringhe è necessario prima di tutto capire la direzione intrapresa dalla fisica negli ultimi decenni. Troviamo alcuni grandi punti di svolta nella comprensione dell’universo e delle sue leggi, con una cosa fondamentale in comune: l’unificazione. Quando a Newton cadde la proverbiale mela sulla testa, descrisse la forza di gravità con una formula la quale oltre a calcolare come la mela potesse cadere a terra, descriveva anche il moto della Luna attorno alla Terra. All’epoca era del tutto incredibile immaginare che come una mela cade, nello stesso modo la Luna appare nei nostri cieli. Questa viene definita unificazione, in quanto con una semplice formula Newton descrisse la forza che mantiene i pianeti nelle loro orbite ed allo stesso tempo sulla Terra percepiamo come gravità.

Ben 180 anni dopo, James Clerk Maxwell dimostrò come elettricità e magnetismo siano in realtà due aspetti di uno stesso fenomeno, l’elettromagnetismo. Scoprì infatti le onde elettromagnetiche, dimostrando come le onde radio siano lo stesso tipo di onde che compongono la luce. Ecco un altro grande passo per l’unificazione!

Sono stati necessari altri 200 anni arrivando così nel 1984, perché il pakistano Abdus Salam e l’americano Steven Weinberg mostrassero come la forza elettromagnetica e la forza nucleare debole (quella che tiene uniti i neutroni) siano lo stesso aspetto di un unica forza, l’interazione elettro-debole.
Ma entriamo nel dettaglio… Semplificando, gli atomi hanno un nucleo, composto di protoni e neutroni, mentre gli elettroni vi orbitano attorno. I protoni possiamo immaginarli come calamite: se cercate di avvicinare due calamite lungo lo stesso polo, inizieranno a respingersi! Eppure nel nucleo i protoni non si respingono, grazie alla forza nucleare forte che li tiene uniti. La forza nucleare debole invece, tiene uniti i neutroni, che sono composti da un elettrone e da un protone.

Via via unificando, siamo rimasti con sole 3 forze fondamentali: la gravità, l’interazione elettro-debole che tiene uniti i neutroni e la forza nucleare forte che tiene uniti i protoni. Ma con la materia? Anche nella materia i fisici hanno via via unificato. Scoprendo che le molecole sono composte da un numero finito di atomi, i quali a loro volta sono costituiti da elettroni, protoni, neutroni, i quali a loro volta sono costituiti da ulteriori “blocchi” e via dicendo. Siamo arrivati a poter descrivere tutta la materia dell’universo con 12 unici “blocchi” base. Una cosa incredibile, se pensiamo a quanto sia variegato l’universo. Ma noi vogliamo fare di meglio ed ecco perché arriva la Teoria delle Stringhe, forse sarà il prossimo passo per una ulteriore unificazione!

teoria delle stringhe Le più grandi teorie attuali sono la Meccanica Quantistica e la Relatività Generale. Entrambe sono teorie comprovate da moltissimi esperimenti e risultati positivi. La teoria della relatività dice che lo spazio tempo può curvarsi (vedi articolo di approfondimento) mentre la meccanica quantistica dice che su scale piccolissime tutti gli eventi diventano casuali. Ciò significa che se uniamo le due teorie, su scale piccolissime dobbiamo accettare che pure lo spazio-tempo diventa “casuale”, dovendo rispettare la meccanica quantistica. Siccome non abbiamo visto lo spazio-tempo diventare casuale, le cose in qualche modo non sembrano tornare. I fisici hanno supposto di essersi sbagliati, immaginando le particelle come puntiformi: forse non occupano un punto ben definito nello spazio con la loro massa, anzi! Entra in gioco quindi la teoria delle stringhe, che considera le particelle non come punti ben definiti ma come avessero una lunghezza, trasformandole quindi in stringhe. Queste stringhe possono vibrare ed il modo in cui vibrano definisce il tipo di particella che riescono ad essere. La matematica che descrive questo universo fatto di stringhe è completa ed interessante, per questo gli scienziati continuano ad indagarla: tuttavia nessuno fino ad oggi ha “visto” le stringhe, nemmeno al CERN, avendo queste una misura di 10^-34 metri (ovvero 0,000…34 zeri!!…0001 metri).

La Teoria delle Stringhe inoltre ci spiega come siano possibili 10 diverse dimensioni, rispetto alle normali quattro normalmente considerate. Le dimensioni normalmente considerate sono 4 ovvero le 3 coordinate spaziali (su, giu, destra-sinistra) ed il tempo. Le stringhe, ripiegandosi su se stesse, formano un cerchio dentro il quale si formano minuscole ed invisibili dimensioni, che generano però effetti per noi percepibili. Ecco come, tentando di unificare, la teoria delle stringhe potrebbe spiegare l’elettromagnetismo: potrebbe essere l’effetto delle minuscole ed invisibili dimensioni generate dalle stringhe quando si ripiegano su se stesse.

La forza di gravità stessa dovrebbe dipendere dal numero delle dimensioni quindi, sviluppi futuri, potrebbero essere dimostrati studiando deformazioni della gravità su piccole scale.

Come forse avrete intuito, siamo sempre più vicini ad una delle svolte epocali (come quelle già avvenute) nel campo della fisica, ma finché non troveremo la dimostrazione di queste teorie, il colpo di scena potrebbe essere sempre dietro l’angolo.

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