domenica, aprile 07, 2013

Che rottura... di simmetria

Uno dei motivi che spinge i ricercatori a trovare dei principi unificanti delle leggi fisiche è la convinzione che il modello del Big Bang sia corretto e che quindi se il "tutto" è scaturito da un unica fonte, in qualche modo prima della genesi, quello che ci circonda era una unica cosa.
Visto che i fenomeni che si manifestano nell'universo sembrano tanto dissimili gli uni dagli altri si potrebbe immaginare che la natura sia così complessa che ogni sua caratteristica dipenda da leggi fisiche eterogenee e slegate tra loro, proprio così come la realtà dei fenomeni si manifesta ai nostri sensi:
sono serviti secoli di studi per capire che la luce era della stessa sostanza di altre onde e che anche i fenomeni elettrici rappresentavano un'altra espressione della natura magnetica, e se l'unificazione nell'elettromagnetismo è stato il primo grande successo in questo senso, i fisici non hanno più smesso di cercare la teoria unica in grado si descrivere l'intero creato.

Dopo tanto scrutare nelle pieghe delle manifestazioni fisiche si è giunti alla conclusione che tutta la natura si manifesta attraverso quattro forze fondamentali, necessarie e probabilmente esaustive di tutto ciò che ci circonda, dai fenomeni subnucleari ai meccanismi galattici:

- la forza elettromagnetica (luce, onde radio, infrarosso, ultravioletto, etc.)
- la forza nucleare debole (decadimento radioattivo)
- la forza nucleare forte (che permette ai nuclei atomici di esistere così come li conosciamo)
- la gravità (la forza che tiene noi sulla terra, la terra intorno al sole, il sole nella via lattea, etc)

In realtà, siccome anche questi fenomeni hanno delle sottili somiglianze, si è pensato che le varie forze potessero essere più facce di una stessa medaglia: i tentativi di unificazione si sono moltiplicati quindi nello scorso secolo fino ad appurare che la forza elettromagnetica e quella nucleare debole in certe condizioni  sono la stessa cosa, dando origine alla forza elettro-debole, ed a teorizzare che in condizioni ancora più estreme anche la forza nucleare forte dovrebbe unificarsi alle precedenti.

Quindi lo scenario primordiale (inteso come i primi attimi dopo il Big Bang) fu quello di un plasma super omogeneo in cui un unica forza governò, anche se per pochi istanti, la fisica di quel sistema primitivo e semplificato: frazioni di secondo ed il plasma iniziò a raffreddarsi dando origine alle diverse forme della materia e delle forze che conosciamo, in una continua rottura della simmetria iniziale; per immaginarci questo processo si possono portare alcuni esempi il più semplice dei quali riguarda gli stati dell'acqua alle varie temperature.

Allo stato di vapore le molecole gassose si dispongono in modo molto omogeneo (pensate all'aria che ci circonda) ed osservandole, ad esempio, attraverso un cubo trasparente che le contiene, sarà impossibile definire delle differenze da qualsiasi faccia del cubo si osservi il vapore acqueo, ed ogni faccia ci sembrerà identica alle altre; appena si abbassa la temperatura ed il vapore comincia a condensare noteremo che sulle facce del cubo si formeranno figure diverse e da ogni angolazione il cubo ci apparirà con nuove formazioni di gocce. Una volta condensato tutto il vapore, il cubo (supponiamo che sia completamente colmo d'acqua) ci apparirà nuovamente omogeneo anche se le molecole d'acqua disponendosi secondo certi schemi saranno sicuramente meno omogenee di quelle gassose e qualche piccola differenza sarà percettibile guardando l'interno del cubo attraverso le diverse angolazioni. Superando l'ultimo processo di raffreddamento l'acqua inizierà a ghiacciare formando cristalli complessi e con zone di grande disomogeneità in modo tale che ad ogni sguardo delle diverse facce del cubo ci sembrerà di vedere un contenuto diverso, sei diversi caleidoscopi di ghiaccio uno diverso dall'altro.

In pratica attraverso il processo di raffreddamento si è rotta più volte la simmetria iniziale che ci faceva apparire tutte le facce trasparenti del cubo identiche (così come tutte le forze sembravano una, subito dopo il Big Bang) e mano a mano che le condizioni di temperatura cambiavano, l'osservazione delle singole facce del cubo ci dava la sensazione di scrutare in una finestra affacciata ad una realtà diversa (anche se simile), così come allo stato attuale dell'evoluzione del nostro universo le varie forze ci sembrano così differenti l'una dall'altra.
Rimangono come al solito i grandi quesiti insoluti: perché si è rotta la simmetria? Perché la natura dovrebbe prediligere una faccia del cubo rispetto alle altre? E l'universo espandendosi potrebbe avere incontrato una sorta di campo preesistente sul quale condensare?
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