TEORIA DEL TUTTO STRINGATA

 

Per una teoria del tutto a mio parere ci vuole una trasformazione, si ma non dell'ex-sistere, ma dell'in-sistere, e siccome io propendo per le stringhe non le immagino lunghe e filanti, ma che si avvolgono sempre attorno a qualche cosa, un po' a elica, un po' a spirale, oppure al piede e polpaccio di una ragazza più bella i cui sandali servono a farla rimanere "terra terra”. Ma torniamo a questa “Teoria del Tutto” sorta di pietra filosofale dei fisici  teoretici, soprattutto Quantistici , fin da quella prima famosa cena a Bruxelles, organizzata dalla Solvaymel 1927  con i più grandi fisici dell’epoca, Lorentz, Einstein, Bohr, De Broglie, Marie Curie, Bragg, Born, assenti però  quelli che informeranno il dibattito più acceso: Dirac,Heisenberg, Pauli, Schrodinger ed anche il nostro Fermi, che però, nel contrasto tra le due prime donne della riunione:  Bohr e  Einstein  costituirà l’atto di nascita della Fisica Quantistica. A prevalere in quell’occasione e’ la teoria di  Bohr, già emersa e sancita  dalla sua scuola di Copenaghen, ovvero la  ratifica che il Principio di Complementarità (Bohr stesso) è alla base  del Principio di Indeterminazione (Heisenberg, suo allievo) e che tali due principi sono gli unici che  possono chiarire il dualismo tra materia e luce, per il semplice fatto

che non esiste una realtà avulsa dall’osservatore,  quindi tutte le Leggi Fisiche, in special modo una Teoria del Tutto, dovrà per forza di cose avere una natura probabilistica, cosa che per Einstein era fumo negli occhi e difatti aveva ribattuto con la celeberrima frase “Dio non gioca a dadi”   In merito però a riassumere tutto, relativita’ e quantistica, Bohr e Einstein, di acqua sotto i ponti ne dovrà ancora passare e ne passa tutt’ora;  è da poco scomparso uno dei più  spasmodici ricercatori di tale Toria del Tutto : Stephan Hackwing che però  sembra che verso la fine  avesse rinunciato del tutto, dopo una riesamina spassionata dei teoremi di incompletezza di Godel (Il teorema di Gödel implica che la matematica pura è inesauribile - non importa quanti problemi vengono risolti, ci saranno sempre altri problemi che non possono essere risolti con le regole esistenti. A causa di questo teorema, anche la fisica è inesauribile, difatti  le leggi della fisica sono un insieme finito di regole e includono quelle della matematica, quindi il teorema di Gödel si applica anche a loro. Si ma è un pò come il celeberrimo effetto della Doppia Fenditura ...se cambi punto di osservazione, se esci dallo schema, cambiano sia i riferimenti sia le conclusioni. Come ho detto all’esordio di questo articolo, io sono particolarmente affezionato alla Teoria delle stringhe e penso proprio che sia proprio tale teoria, con le revisioni che nel corso di una cinquantina d’anni sono state effettuate sul suo corpo teorico, possa ambire ad  essere accreditata come la più papabile per assolvere a spiegazione o magari interpretazione del Tutto.  La teoria delle stringhe prese le mosse da un articolo che un ricercatore del CERN di Ginevra Gabriele Veneziano scrisse per spiegare il comportamento degli adroni (Un adrone (dalgreco hadrós:"forte") è una particella subatomica composta da quark e antiquark legati da forza nucleare forte. La famiglia degli adroni è suddivisa in due sottogruppi:I barioni, formati da un numero dispari di quark, come il protone e il neutrone; . I mesoni, formati da una coppia quark-antiquark, come il pione e il kaone.

Durante gli esperimenti condotti con gli acceleratori di particelle, i fisici avevano osservato che lo spin di un adrone non è mai maggiore di un certo multiplo della radice della sua energia. Nessun semplice modello adronico, ad esempio quello che li considera composti da una serie di particelle più piccole legate da un qualche tipo di forza, spiega tali relazioni. Nel 1968 in quell’articolo che abbiamo fatto cenno, Veneziano, intuì che una vecchia formula matematica denominata funzione beta di Eulero, ideata 200 anni prima dal matematico svizzero Leonhard Euler, forniva informazioni importanti sull'interazione forte, senza però spiegare la correlazione. Nel 1970 si tentò una spiegazione, rappresentando la forza nucleare attraverso stringhe vibranti ad una sola dimensione; era però un'ipotesi che contraddiceva le esperienze. La comunità scientifica perse quindi interesse per la teoria e il Modello standard, con le sue particelle e i suoi campi, rimase dominante. Quattro anni dopo altri fisici studiarono i modelli con caratteristiche da messaggero della vibrazione di stringa e trovarono che le loro proprietà combaciavano esattamente con le particelle mediatrici della forza gravitazionale: i gravitoni. Schwarz e Scherk, gli scopritori, argomentarono che la teoria delle stringhe non aveva avuto successo perché i fisici ne avevano frainteso gli scopi. Questo condusse allo sviluppo della teoria di stringa bosonica, che è ancora la versione solitamente insegnata. Con lo sviluppo della cromodinamica quantistica, il bisogno originario di una teoria degli adroni fu diretto verso una teoria dei quark. La teoria di stringa bosonica è formulata in termini di azione di Poljakov, una quantità matematica usata per prevedere come le stringhe si muovano nello spazio-tempo. Applicando le idee della meccanica quantistica all'azione di Poljakov — procedura nota come quantizzazione — si nota che ogni stringa può vibrare in molti modi diversi, e che ogni stato di vibrazione rappresenta un tipo diverso di particella. La massa di cui è dotata la particella e i vari modi in cui può interagire sono determinati dai modi in cui la stringa vibra — essenzialmente, dalla "nota" che la stringa produce vibrando. La scala delle note, ad ognuna delle quali corrisponde una particella, è denominata spettro energetico della teoria. Questi primi modelli includevano sia stringhe aperte, con due punti terminali definiti, che stringhe chiuse, con gli estremi congiunti a formare un anello, o loop. I due tipi di stringa si comportano in maniera leggermente diversa, producendo due spettri. Non tutte le moderne teorie delle stringhe usano entrambi i tipi. Alcune comprendono solo tipologie chiuse: ultimamente infatti i teorici hanno abbandonato l'idea di stringa aperta, impostando i loro studi sulla tipologia di stringa ad anello.Ad ogni modo anche la teoria bosonica ha problemi. Fondamentalmente ha una peculiare instabilità, portando al decadimento dello spazio-tempo. In più, come il nome suggerisce, lo spettro di particelle contiene solo bosoni, particelle con spin intero come il fotone. I bosoni sono un ingrediente indispensabile nell'universo, ma non gli unici costituenti. Gli studi su come una teoria delle stringhe debba includere i fermioni nel suo spettro conducono alla supersimmetria, una relazione matematica tra bosoni e fermioni che è ora un settore di studio indipendente. Le teorie delle stringhe che includono vibrazioni fermioniche sono conosciute come teorie delle superstringhe; ne sono stati descritti parecchi tipi. Tra il 1984 e il 1986 i fisici compresero che la teoria delle stringhe avrebbe potuto descrivere tutte le particelle elementari e le loro interazioni, e considerarono la teoria delle stringhe come l'idea più promettente per arrivare a unificare la fisica. Questa prima rivoluzione delle superstringhe era iniziata nel 1984 con la scoperta dell'annullamento dell'anomalia nella teoria delle stringhe di tipo I da parte di Green e Schwarz. Si arrivò quindi a formulare ben 5 teorie delle stringhe, che cercavano appunto di spiegare la totalità delle regole che dirimono sulle dinamiche dell’universo. Poi arrivò nel 1995 il genio matematico di Ed Witten che alla Conferenza dei fisici teorici organizzata dalla University of Southern California decise di rendere quel particolare raduno a suo modo… memorabile. Come racconta lui stesso in numerose interviste successive, Witten ricercava qualcosa che “facesse la differenza” per la fisica quantistica in quello specifico momento storico. Si concentrò dunque sulle cinque teorie delle stringhe esistenti e decise di….eliminarne qualcuna. Fu così che, in una atmostera galvanizzata, il genio matematico di Baltimora stupì i fisici teorici colà convenuti proponendo alla loro attenzione una diversa, quanto spettacolare, prospettiva di osservazione delle teorie delle stringhe. Di fatto Ed Witten riuscì a dissipare i dubbi e le perplessità dei presenti e fu così che quel giorno tenne a battesimo la cosiddetta M-Teoria o M-Theory. In realtà Ed Witten fece molto di più! Con l’unificazione delle cinque teorie già note, infatti, la stessa teoria delle stringhe, da un punto di vista strettamente tecnico, cessava di esistere in quanto tale e diventava semplicemente M-Theory. Una M-theory che non ha mai saputo chiarire il ruolo della M nel nome (alcuni speculano che tale consonante sia in realtà la W di Witten rovesciata, altri ritengono che voglia dire mistero, magia, matrix, madre, mostro, finanche madness, ovvero follia!), ma che in compenso ha risposto a molte delle altre domande fondamentali che gli string-theorists di lunga data si ponevano in quei giorni. Cos’è dunque la M-Theory? La M-Theory è semplicemente una diversa prospettiva di approccio alla teoria delle stringhe. Nello specifico matematico (della matematica formidabile utilizzata!), le equazioni di Witten hanno dimostrato che le cinque teorie delle stringhe esistenti erano in realtà solo cinque modi differenti di guardare alla stessa… faccenda. Insomma, per certi versi Witten ha validato i lavori dei teorici che lo avevano preceduto e ha dato nuova dignità e nuova energia alla speculazione fisica di cui si erano sempre occupati. Naturalmente la M-Theory portava seco anche delle conseguenze “tecniche” importanti e ben precise che giustificavano il cambiamento della prospettiva di visione proposto. Fino a quel momento, infatti, la multidimensionalità supportata dalle diverse teorie delle stringhe indicava in numero di 10 le dimensioni fisiche esistenti: una temporale, tre spaziali e 6 dimensioni extra piuttosto

piccole e invisibili ai nostri sensi. La M-Theory, invece, per poter “funzionare” al meglio necessitava di utilizzare 11 dimensioni: il genio di Witten ha quindi messo in campo una nuova dimensione extra mai considerata prima. C’è da chidersi però, ma se il nostro cervello non riesce neppure a visualizzarle da dove provengono queste dimensioni-altre? Ovviamente sono figlie della matematica utilizzata perché la logica di fondo racconta che le “stringhe” hanno bisogno di più di tre dimensioni spaziali per muoversi, per vibrare. Inutile spiegare che più dimensioni ci sono più libertà-di-movimento avranno le stringhe, più cose potranno… fare. Per esempio, la M-Theory dice che se collocata dentro questo straordinario contesto ad 11 dimensioni una stringa può accrescersi, allargarsi, fino a diventare una sorta di membrana, un cosiddetto brane che può ingrandirsi al punto da racchiudere in sé un intero universo. Le implicazioni di un simile ragionamento sono eccezionali, perché è dalla stessa cogitazione che deriva l’idea del multiverso, o detto più semplicemente di uno spazio multidimensionale esterno che contiene al suo interno infiniti universi ciascuno regolato da leggi fisiche proprie. Collegata a questo discorso è anche la nuova soluzione che offre la M-Theory ad un problema antico, ovvero quello della “debolezza” della forza di gravità rispetto alle altre forze conosciute in fisica. Detto in breve la motivazione fondamentale di questa debolezza sarebbe dovuta alla particolare forma-chiusa (simile per esempio ad un elastico di gomma), di alcune stringhe, chiamate gravitoni, le quali sono responsabili per la gravità e in quanto stringhe non aperte e non fissate alla membrana tridimensionale (come accade per le altre stringhe teorizzate dalla M-Theory), possono “sconfinare” negli altri universi del multiverso, proprio come le onde acustiche muovono da un qualsiasi campo dove avviene un qualsiasi scontro tra due o più oggetti fisici. Ne deriva che la gravità non sarebbe forza più-debole ma sarebbe forza uguale alle altre, semplicemente tale forza si presenta a noi, alla nostra realtà contingente, “diluita” nelle sue possibilità. Portando agli estremi una simile teorizzazione la gravità diventa infine una sorta di passepartout cosmico verso gli altri universi che non potremmo mai visitare…. Scienza? Fantascienza? M per madness e per follia? 

Di sicuro vi è che questi ragionamenti trovano formidabile conforto nella fenomenale logica interna di cui fa vanto l’unico strumento che ad oggi si è dimostrato valido quando si è tentato di comprendere come funziona il nostro mondo. Ovvero, dell’unico strumento che ad oggi si può considerare a buon diritto il linguaggio dell’universo: la matematica. Ecco spiegato perchè al momento considero la Teoria delle Superstringhe/M-teoria la principale teoria del tutto