IL FASCINO DEI MULTIUNIVERSI STRINGATI

 

Eh si! lo ammetto la teoria dei multi mondi o addirittura degli Universi paralleli è la più entusiasmante delle possibilità della fisica quantistica che ho sempre sognato : altro che i raggi X, il transistor, i microchips, i circuiti integrati, il silicio e andando ancora più indietro la stessa bomba atomica di Hiroschima, questi sono semmai sono i fattori che mi porterebbero ad un vero e propria repulsione in una generale negativissima accezione del moderno. Nel precedente articolo ho tributato la mia riconoscenza a Stephen Hakwing che di tale teoria ne ha dato l’ultima ipotesi, sulla base di precisi calcoli matematici non a caso basati sul calcolo infinitesimale con numeri complessi e non solo reali e immaginari, ma anche simbolici, ovvero con quel tantino di irrazionale, che hanno dato come una sintesi delle più stimolanti ipotesi della fisica quantistica , dalla teoria della relatività di Einstein alla equazione d’onda di Schrodinger e alle varie formulazioni su tale scia dei più stimolanti fisici quantistici da Dirac, De Broglie, Feynman; Veneziano, Grheene,Susskind, fino al primo modello vero e proprio dell’argomento che si deve al fisico Hugh Everett alla fine degli anni cinquanta con successiva ratifica e l’ufficiale denominazione di “interpretazione a molti mondi” di Bruce De Witt. Secondo tale modello teoria di questi due studiosi conosciuta anche come Teoria Everett-De Witt, appena si osserva qualcosa il suo aspetto si scompone in un numero infinito di possibilità, ciascuna delle quali si manifesta simultaneamente in un arco di tempo identico ma in Universi differenti : in merito alla questione dell’origine dell’Universo, il famoso Big Bang, secondo tale teoria non ci sarebbe stato un solo Big Bang, ma altri ne sarebbero occorsi in numero infinito, dando vita ad altri Universi la cui esistenza è generata dal fatto che l’osservatore che fa l’esperimento diventa giocoforza parte dell’esperimento e quindi ogni universo rappresenta un aspetto specifico della relazione osservatore/osservato. Secondo Everett e De Witt ogni universo si divide in una serie di nuovi universi, quando viene effettuata una misurazione quantistica ed è proprio dall’interazione tra questi mondi, soprattutto repulsiva, che nascerebbero i fenomeni quantistici”. “In un panorama di multi universi praticamente infinita ogni volta che facciamo una scelta si realizzano anche le altre, perché i nostri doppi negli universi paralleli le compiono tutte”. Una idea stimolante e affascinante che richiama un po’ tutti i pensatori citati e il meccanismo della simmetria che ingenerebbe ogni esperienza, a somiglianza del funzionamento dell'inconscio (ad esempio come postulato da Mattè Blanco nel suo inconscio come insiemi infiniti ) e evidenziato in special modo da quell’integrale sui cammini di Richard Feynman, che appunto analizzava le probabilità che stante gli infiniti percorsi ogni possibile alternativa abbia l’opportunità di realizzarsi. Quello che viene soprattutto ripreso è quel concetto di collasso dell’equazione d’onda , difatti noi con la nostra osservazione in ogni qualsiasi momento facciamo collassare tutti gli altri universi cui la credenza che ce ne sia una sola li esclude; insomma ogni decisione che ciascuno di noi prende in questo universo ne creerebbe automaticamente degli altri. Ma come provare queste teorie e legarle a fenomeni fisici osservabili? Secondo Lisa Randall, prima donna a ottenere la cattedra di Fisica teorica alla Harvard University, una possibile strada è il legame con le ricerche sulla natura della forza di gravità. In base ai suoi studi, tra i più citati degli ultimi anni, gli altri universi, vicinissimi al nostro anche se invisibili, sarebbero immersi in uno spazio a più dimensioni, come un arcipelago di isole sparse nell’oceano. Su uno di questi isolotti sarebbero concentrate le particelle che trasportano, come fanno i fotoni con la luce, la forza di gravità. Si chiamano gravitoni e sarebbero gli unici in grado di saltare da un universo all’altro. Ma solo alcuni riuscirebbero a “visitare” il nostro universo. Ecco perché la forza di gravità ci appare così debole, poiché diluita su più universi, che la assorbono come una spugna. Come mai la forza di gravità è così debole in confronto alle altre forze fondamentali della natura ? Un piccolo magnete, infatti, può attirare una graffetta, nonostante la Terra nella sua interezza eserciti su di essa la propria attrazione gravitazionale”. Il battesimo sperimentale a queste ricerche teoriche potrebbe arrivare a partire dal prossimo anno, al Cern di Ginevra, con la riaccensione alla sua massima energia di Lhc, l’acceleratore di particelle più potente del mondo. Questa macchina, una pista magnetica di 27 chilometri capace di sondare la struttura più intima della materia, potrebbe essere in grado di vedere i gravitoni, fino ad ora mai osservati direttamente. “Con Lhc potremmo trovare particelle o flussi che non esistono più dai tempi del Big Bang, circa 14 miliardi di anni fa – sottolinea la Randall -. Tra loro potrebbero essercene alcune che vivono solo su altre dimensioni, o persino su altri universi. La loro osservazione, quindi, sarebbe una prova importante dell’esistenza di altri mondi”. Queste particelle, infatti, lascerebbero una sorta d’impronta gravitazionale sul nostro universo. Come un’ombra che si allunga su un muro in un giorno assolato,come spesso accade nella scienza, gli studiosi vivono e si muovono ai bordi della conoscenza. “Non sappiamo come questi studi cambieranno la nostra percezione del mondo – afferma Randall -. Sapere cosa cercare è spesso difficile, ma questo non deve scoraggiare. Ciò che ancora non si conosce deve servire da stimolo per porsi nuovi interrogativi. È questo – conclude la scienziata di Harvard – che rende la scienza accattivante”. Di tutti gli studiosi e teorie citate, la teoria che maggiormente si presta a far viaggiare sull'onda del desiderio è senza dubbio quella delle stringhe e meglio quella delle Superstringhe così come determinate non più da una semplice simmetria, che potrebbe dar adito ad appunto ad un lasciarci cullare dalle sue possibilità, ma da una Super simmetria.
In un articolo pubblicato nel «Journal of High Energy Physics», il defunto Stephen Hawking e Thomas Hertog dalla KU Leuven hanno presentato un modello che riduce il multiverso sconfinato a una gamma più gestibile di possibili universi. L’articolo è stato inviato per la pubblicazione pochi giorni prima della morte di Hawking a marzo. Il nuovo modello parla di un concetto chiamato inflazione eterna. Secondo la teoria dell’inflazione eterna, per una frazione di secondo dopo il Big Bang, lo spaziotempo deve aver subito un’espansione a una velocità enorme. Si ritiene che una volta iniziata, questa rapida espansione – chiamata inflazione – vada avanti per sempre. Ma in alcune regioni l’inflazione si blocca, formando locali universi tascabili con stelle e galassie. Secondo questa teoria, ogni cosa nel nostro universo osservabile è contenuta all’interno di una di queste tasche. Nel loro articolo, gli autori suggeriscono che il modello attuale dell’inflazione eterna del Big Bang sia sbagliato. Questo accade perché esso basa l’evoluzione dell’universo esistente sulla teoria della relatività generale di Einstein, che collassa al Big Bang. «Prevediamo che il nostro universo, sulle scale più grandi, sia ragionevolmente tranquillo e globalmente finito. Quindi non è una struttura frattale», ha affermato Hawking in una intervista con l’Università di Cambridge l’anno scorso. Hawking e Hertog hanno usato la teoria delle stringhe come base per il loro nuovo modello. Il loro approccio all’inflazione eterna ruota attorno a un principio della teoria delle stringhe chiamato principio olografico. In base a questo principio, la realtà fisica che percepiamo in tre dimensioni può essere scritta su una superficie bidimensionale, come un ologramma. I ricercatori hanno sviluppato una variante del principio olografico per proiettare la dimensione del tempo in inflazione eterna. Questo approccio ha consentito loro di descrivere l’inflazione eterna senza utilizzare la relatività generale. Essi l’hanno invece ridotta matematicamente a uno stato senza tempo su una superficie spaziale all’inizio del tempo. La loro nuova teoria implica una struttura globale molto più gestibile dell’universo, in cui le regioni possono differire tra loro, ma nulla in confronto a quanto avveniva nella vecchia teoria del multiverso, «Ritengo che il punto fondamentale riguardo al nostro modello non sia tanto che le superfici con densità costante nell’universo siano finite, quanto piuttosto che la variazione nel multiverso sia limitata. In altre parole, che la gamma di differenti universi tascabili sia molto più piccola

Nell'ambito della teoria delle superstringhe, troviamo un quarto tipo di multiverso, le membrane. Secondo la teoria delle stringhe, la materia è composta da minuscole corde vibranti in uno spazio di 11 dimensioni (10+1), 7 in più dello spazio 3 D a noi noto (più la dimensione temporale). Le stringhe potrebbero essere aggregate a membrane 3 D (o più) immerse in uno spazio molto più ampio (iperspazio): ogni membrana è un universo distinto. Alcuni ritengono che il Big Bang all'origine del nostro universo sia stato causato da uno scontro tra due o più membrane. Secondo la teoria delle Superstringhe , le ipotesi di natura corpuscolare e ondulatoria della materia non sono alternative. A livello microscopico, la materia appare composta da particelle, in realtà aggregati di cariche energetiche. Ad una dimensione di analisi crescente, queste particelle si presentano composte da energia. Il costituente primo della materia sono stringhe di energia che vibrano ad una determinata determinatta frequenza o lunghezza d'onda caratteristica, e che si aggregano a formare particelle. Gli infiniti universi paralleli potrebbero coesistere nello stesso continuum di dimensioni, vibrando a frequenze differenti. Il numero di dimensioni necessarie è indipendente dal numero di universi, ed è quello richiesto per definire una stringa (al momento 11 dimensioni). Questi universi potrebbero estendersi da un minimo di 4 a tutte le dimensioni in cui è definibile una stringa. Se occupano 4 dimensioni, queste sono il continuo spazio-temporale: nel nostro spazio-tempo, coesisterebbero un numero infinito o meno di universi paralleli di stringhe, che vibrano entro un range di lunghezze d'onda/frequenze caratteristico per ogni universo. Coesistendo nelle stesse nostre 4 dimensioni, tali universi sarebbero soggetti a leggi con significato fisico analogo a quelle del nostro universo. La novità di questa teoria è che gli infiniti universi non vivono in dimensioni parallele, e non necessitano di postulare l'esistenza di più di 4 dimensioni di spazio-tempo. Ciò che consente di definire una pluralità di universi indipendenti non è un gruppo di 4 o più dimensioni per ogni universo, ma l'intervallo di lunghezze d'onda caratteristico. L'intervallo teorico di frequenze/lunghezze d'onda per le vibrazioni di una stringa determina anche il numero finito/infinito di universi paralleli definibili. Dobbiamo immaginarci una superstringa come una corda di pianoforte o di chitarra, compatta, che rappresenta la componente primordiale dell'universo invece della classica particella di materia. La superstringa tuttavia deve sottostare alle leggi della fisica quantistica, il che significa che anche per lei deve esistere una indeterminatezza, come si afferma nel principio di Heisenberg. Per la superstringa questo significa vibrare perennemente, come se qualcuno avesse pizzicato la corda. Una simile vibrazione non ha una sola possibilità, ma tutta una serie di frequenze armoniche. Dai calcoli dei fisici è emerso che per ciascuna di queste diverse frequenze armoniche risulta esattamente una delle particelle elementari oggi note, per esempio un elettrone, un quark, un fotone, un neutrino ecc. I fisici si sono sorpresi quando una di queste frequenze ha portato ad una particella di cui nessuno prima era mai riuscito a dimostrarne l'esistenza, il gravitone: l'ipotetico trasmettitore della forza gravitazionale.Quella delle superstringhe è quindi la prima teoria che non solo non è in contrasto con la gravitazione, ma che addirittura la presuppone. Tutto risolto, quindi? Nient'affatto. Per almeno due motivi. I fisici teorici riescono a descrivere solo con equazioni approssimate l'universo delle stringhe. E inoltre nel corso degli anni sbocciano una, due, cinque diverse teorie di stringa: troppe per poter parlare di "teoria ultima". La seconda svolta avviene nel 1995, quando l'americano Ed Witten, in forze a quell'Istituto di Studi Avanzati di Princeton ove Albert Einstein spese oltre venti anni a cercare la "teoria del tutto", dimostra che le cinque teorie di stringa e un'altra teoria, quella della gravità quantistica, sono espressioni diverse di una medesima e più fondamentale teoria soggiacente: la teoria che egli battezza "M-6".
Secondo Witten la "M" può significare "Magia, Mistero o Matrice, a seconda dei gusti". L'universo di M-6 ha undici dimensioni, dieci spaziali e una temporale, e in esso vibrano non solo corde unidimensionali, ma anche membrane o "brane" a due, a tre e a più dimensioni. L'universo elegante di M-6 è una sinfonia suonata da un'orchestra a infinite dimensioni. È dunque l'armonia di M-6 la teoria finale? Viviamo davvero in un universo pitagorico? No. O almeno, è ancora presto per dirlo. M-6 indica che forse i fisici hanno imbroccato la strada giusta verso la teoria in grado di fornirci una visione unitaria e coerente del mondo. Ma si tratta di una strada lunga e ancora tutta da percorrere. Le equazioni di M-6 sono ancora tutte equazioni approssimative. E, soprattutto, M-6 è un'elegante costruzione matematica che non fa ancora previsioni verificabili sperimentalmente.