domenica, gennaio 27, 2013

Un modello ancora più bello, con i lacci

Abbiamo parlato in precedenza di modello standard delle particelle per definire lo stato dell'arte nella conoscenza della materia e di come questa sia composta, e possiamo affermare che la teoria attuale rispecchi quasi fedelmente il comportamento reale della natura visto che il modello è stato confermato in moltissimi esperimenti e con una precisione veramente impressionante; resta quindi da chiederci se siamo giunti ai limiti della conoscenza del microcosmo e se stiamo ormai esplorando le frontiere dell'universo nei sui confini più minuscoli.

La realtà è che sebbene il modello standard funzioni benissimo nel mondo dei quanti e delle particelle ha rivelato un limite per ora invalicabile nella ricerca di una teoria unitaria che metta insieme le leggi gravitazionali e quelle quantistiche, una teoria del tutto (o TOE come dicono gli anglofoni), che descriva in un unica equazione il comportamento della natura, dalle sue espressioni più microscopiche ed infinitesimali a quelle gigantesche del cosmo.
Ma qualcuno si chiederà: se la relatività generale funziona così bene nella descrizione del mondo macroscopico e la teoria quantistica associata al modello standard funziona altrettanto bene nei meandri del microcosmo, perché dovremmo arrovellarci le meningi per trovare una teoria unificante? La risposta è semplice: perché esistono casi in cui il macro incontra il micro e le due nature si mischiano in un unico fenomeno che richiederebbe l'intervento di entrambe le teorie;
due esempi classici sono i buchi neri ed il Bigbang. Esistono quindi scenari in cui una enorme quantità di materia, in grado di avere grandi effetti gravitazionali, si concentra in uno spazio così piccolo da richiedere l'uso della teoria quantistica; gli sforzi dei fisici di miscelare le due teorie ha portato però grande confusione e pochi risultati a causa di una incompatibilità di fondo che rende i calcoli irrisolvibili: la teoria della relatività generale contempla uno spazio liscio, privo di asperità ed omogeneo, mentre la fisica quantistica prevede uno spazio schiumoso e ribollente di infinite annichilazioni di coppie di particelle positive e negative, invisibile ai nostri occhi solo perché il fenomeno avviene in intervalli di tempo impercettibili; inoltre la semplificazione di considerare le particelle puntiformi, quindi senza un volume spaziale reale, crea enormi problemi nella fusione con la relatività che invece ha bisogno di corpi che occupino spazio tangibile.

La soluzione a questi intricati dilemmi sembra arrivare dalla teoria delle stringhe, un modello matematico per ora, che però promette da qualche decennio, di dare soluzione a tutti i grattacapi della unificazione tra relatività generale e meccanica quantistica. In particolare i punti di forza della teoria delle corde (come si dovrebbe tradurre letteralmente "string") sono:

- tutte le particelle del modello standard vengono prodotte dalla vibrazione di microscopiche stringhe, che come in uno strumento musicale, danno origine a particelle diverse in base alla frequenza ed alla intensità della vibrazione
- non essendo puntiformi, le stringhe occupano uno spazio definito e quindi posso associarsi meglio alla relatività
- essendo la cosa più piccola che dovrebbe esistere, le stringhe porgono un argine all'infinitesimamente piccolo, spazzando via i problemi della meccanica quantistica a distanze inferiori della lunghezza di Planck (0,000000000000000000000000000000000016 metri)
- le stringhe rappresentano una soluzione molto elegante alla Teoria del Tutto

Purtroppo ci sono anche alcuni lati negativi che rendono la teoria difficile da dimostrare:

- per dare origine a tutte le particelle che conosciamo le stringhe dovrebbero poter vibrare in molte dimensioni oltre quelle a noi note (3 spaziali ed 1 temporale) fino ad un massimo di 11 dimensioni
- la matematica per calcolare tali spazi multidimensionali è molto complessa e richiede anni di lavoro per identificare gli spazi con le dimensioni e le forme corrette
- essendo entità così piccole, le stringhe che vivono nel mondo delle dimensioni arrotolate e nascoste alle lunghezze di Planck, vedranno la loro esistenza confinata nel mondo teorico per molto tempo visto che la tecnica non ci permette di esplorare distanze così minuscole.


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