IL DNA DELL’UNIVERSO ( Teoria delle stringhe )

Prof. Chirizzi Marco www.elettrone.altervista.org

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PREMESSA Sono Docente di Elettronica Industriale presso un Istituto Scolastico Statale. Durante il tempo libero, svolgo studi autodidattici di Fisica Teorica. Qualche anno fa mi è capitato, per puro caso, di leggere un libro di matematica sulla teoria delle stringhe. Da quel giorno ho dedicato i miei studi su questa teoria, la quale mi ha colpito dal punto di vista matematico perché le equazioni ammettono soluzioni che richiedono ipotesi particolarmente affascinanti e implicazioni sconcertanti. Attualmente i teorici interessati a questa teoria non sono in grado di dimostrare in laboratorio tali affermazioni, ma se dovessero riuscirci la teoria delle stringhe sarebbe la più grande teoria di tutti i tempi. LA TEORIA DELLE STRINGHE Nei primi anni ottanta alcuni fisici hanno iniziato a sviluppare una teoria, le cui implicazioni scientifiche ( attualmente non dimostrabili in laboratorio ), hanno stravolto la fisica classica e moderna. Questa teoria si basa sull’ipotesi di esistenza di un’entità fisica, denominata “ Stringa ”, la quale racchiude le leggi della natura. In un certo qual modo, le stringhe risultano essere il DNA dell’Universo, nel senso che la loro struttura fisica determina, istante per istante, il destino cosmico. Secondo la teoria, ogni stringa possiede una determinata energia, dimensioni fisiche infinitamente più piccole di quelle di un atomo e presentano svariate forme geometriche, chiuse, aperte e vibranti con certe frequenze di oscillazione, da cui dipendono le costanti fondamentali della natura. In figura 1 è riportato un esempio di struttura geometrica di una stringa.

Figura 1. Struttura geometrica di una stringa

Supporre l’esistenza delle stringhe implica un fatto sconcertante: l’universo, visibile e invisibile, non ammette solo le quattro dimensioni che noi tutti percepiamo ( tre dimensioni spaziali, più quella temporale ), bensì ne presenta dieci ( tre dimensioni spaziali + il tempo + sei dimensioni extra ). Questa affermazione non può essere facilmente accettabile, in quanto il nostro cervello percepisce il mondo in quattro dimensioni. Spieghiamo con un esempio il perché alcuni teorici ipotizzano l’esistenza di altre dimensioni: immaginiamo di osservare un oggetto in lontananza, di

cui non riusciamo a percepire la forma ( vedi figura 2 ). Per un’illusione ottica, l’oggetto sembra unidimensionale, ma riducendo la distanza di osservazione scopriamo che l’oggetto in questione è di forma cilindrica, cioè ha tre dimensioni. ( vedi figura 3 ).

Figura 2. Oggetto visto in lontananza

Figura 3. Oggetto visto da vicino

Se potessimo esplorare a occhio nudo la materia a livello subatomico, scopriremmo, secondo la teoria delle stringhe, che in ogni punto dello spazio ci si può muovere sia nelle tre dimensioni che conosciamo sia lungo una quarta dimensione spaziale ( vedi figura 3 ) Quarta dimensione spaziale Figura 4. Quattro modi differenti di percorrere lo spazio secondo la teoria delle stringhe

Le soluzioni delle equazioni matematiche, che scaturiscono da questa teoria, implicano addirittura l’esistenza di altre due dimensioni spaziali. In definitiva, la realtà spaziale del mondo in cui viviamo potrebbe essere del tutto differente da quella che percepiamo tutti i giorni. Le sei dimensioni extra si intersecano fra di loro e condizionano il moto di vibrazione di ogni stringa, il cui risultato cosmico ha determinato venti costanti della natura, che riguardano la massa dell’elettrone, la forza elettromagnetica, la forza di gravità e la forza nucleare. Se fosse possibile aumentare la forza elettromagnetica, gli atomo si respingerebbero di più, le stelle, come il nostro sole, si spegnerebbero e l’universo cesserebbe di esistere. Una cosa che accomuna gli scienziati di tutto il mondo è il

desiderio di riuscire a formulare una teoria con la quale poter spiegare tutte le leggi della natura ( teoria del tutto ). La teoria delle stringhe si è rivelata essere la più elegante teoria del secolo e ha tutti i requisiti per poter essere la teoria del tutto. I teorici delle stringhe sostengono che esistono più universi, forse fisicamente diversi dal nostro, ciascuno dei quali è racchiuso in una membrana di energia. Due universi contigui interagiscono tra di loro se le relative membrane si toccano. ( vedi figura 4 e figura 5 ). MEMBRANE UNIVERSO 1 UNIVERSO 2

Figura 5. Universi contigui.

ESPLOSIONE ( BIG BANG ) MEMBRANE UNIVERSO 1 UNIVERSO 2

Figura 6. Interazione tra due universi ( Big Bang )

Alcuni teorici credono che il Big Bang si sia verificato in seguito a uno scambio violento di energia tra due membrane adiacenti. Se la teoria è esatta, il fenomeno si ripeterà in futuro per un numero infinito di volte. E’ stato dimostrato che la forza elettromagnetica è di gran lunga più intensa della gravità. Secondo la teoria delle stringhe, è probabile che le due forze siano in realtà della stessa

entità, ma per una ragione fisica, che ora spieghiamo, la gravità ci appare più debole della forza elettromagnetica. La spiegazione è la seguente: esistono stringhe aperte, che risultano statiche in quanto strettamente legate alla superficie delle membrane giganti che avvolgono il nostro universo, ma esistono anche stringhe chiuse, libere di vagare verso le dimensioni extra, dette gravitoni, le quali sarebbero responsabili della gravità. Quando due corpi entrano in collisione, l’urto genera un rumore le cui onde sonore si propagano nello spazio attenuandosi lungo il percorso. Secondo la teoria, i gravitoni si comportano allo stesso modo delle onde sonore, ragion per cui la gravità sembra essere più debole della forza elettromagnetica. Se la teoria è esatta, la gravità si propaga dal nostro universo ad altri universi paralleli. Se esistono altri mondi paralleli al nostro, forse potremo percepire la loro presenza attraverso nuovi mezzi di telecomunicazione che sfruttano la gravità. Attualmente si sta cercando di dimostrare l’esistenza dei gravitoni presso il Fermilab, in cui vi è un acceleratore di particelle, lungo ben 6 km. L’esperimento consiste nel somministrare agli atomi di idrogeno un’enorme quantità di energia per far si che i rispettivi nuclei atomici vengano privati del loro unico elettrone, del tutto inutile all’esperimento. Dopo di che, i nuclei atomici vengono accelerati fino al raggiungimento di una velocità prossima a quella della luce, in direzione opposta a quella di un fascio di particelle bersaglio. Si spera che, in seguito a numerose collisioni, emerga un gravitone ( unità di gravità ). Il mondo subatomico, descritto dalla meccanica quantistica, appare caotico e casuale al punto che, nella struttura spaziale, potrebbero verificarsi delle lacerazioni. Ma allora perché non si verifica un disastro cosmico? Per la teoria delle stringhe, il disastro cosmico non si verifica perché le stringhe in movimento formano un condotto protettivo che avvolge interamente le lacerazioni, evitando appunto che si verifichino ulteriori degradazioni spaziali. In definitiva, la teoria delle stringhe placa il caos descritto dalla fisica quantistica. Se è vero che ogni stringa può formare dei condotti, significa che lo spazio presenta dei fori, detti scorciatoie spaziali. Se potessimo entrare in queste scorciatoie avremmo la possibilità si spostarci da un punto all’altro dello spazio in maniera un po’ insolita, per esempio potremmo partire dall’Italia e raggiungere l’Australia in breve tempo. Le figura 6 e 7 riassumono il concetto di scorciatoia spaziale. CITTA’ 1 SPAZIO CITTA’ 2

1000km Figura 7. Concetto di spazio-tempo secondo la fisica classica

Partendo dalla città 1 e viaggiando con una velocità media di 100Km orari, si può raggiungere la città 2 in circa 10 ore. Se fosse possibile attraversare la scorciatoia spaziale, potremmo raggiungere la città 2 in un tempo più breve, in quanto lo spazio ci apparirebbe, rispetto alla scorciatoia stessa, deformato come in figura 7. Finora nessuno è stato in grado di dimostrare che tali affermazioni siano errate, per cui la teoria delle stringhe è ancora la più affascinante teoria dell’ultimo secolo. CITTA’ 1

SPAZIO 50 kM CITTA’ 2 SCORCIATOIA SPAZIALE

Figura 8. Concetto di scorciatoia spaziale