CI INDENTRIAMO NELLA "M" DELLE SUPERSTRINGHE

 A rivitalizzare stringhe e superstinghe negli anni novanta venne il matematico Edward Witten, il quale trovò le prove che le differenti teorie delle superstringhe altro non sono che diverse formulazioni di una teoria ancora più basilare, chiamata M-teoria. .Quando Witten la chiamò M-teoria, non specificò che cosa fosse la M, forse perché non si sentiva in diritto di denominare una teoria che non era in grado di descrivere interamente, e indovinare che cosa significhi la M è diventato un gioco tra i fisici teorici. Essa di volta in volta è stata interpretata come Mistero, Magia, Madre, Matrice o Membrana. Qualunque sia il significato della M, la M-teoria si basa su una generalizzazione del concetto di superstringa, la p-brana dove p sta ad indicare il numero di dimensioni coinvolte. Di conseguenza la zero-brana è una particella puntiforme, la uno-brana coincide con una superstringa, la due-brana è una sorta di "membrana"; e così via: ogni p-brana ha una linea di universo in (p +1) dimensioni che si propaga attraverso lo spazio-tempo. Sviluppando i lavori di Witten, Joseph Polchinski fece notare che, in certe situazioni, particolari tipi di superstringa non sarebbero in grado di muoversi in tutte le dimensioni a loro disposizione, e sarebbero incapaci di staccarsi da certe regioni dello spazio-tempo, sebbene assolutamente libere di muoversi in esse: Polchinski dimostrò che tali regioni erano proprio delle p-brane. Ma non tutte le superstringhe sono confinate all'interno delle brane: l'esistenza di stringhe chiuse riesce a spiegare anche l'estrema debolezza della gravità rispetto all'elettromagnetismo. Infatti la particella elementare responsabile della forza gravitazionale, il gravitone, corrispondendo ad una stringa chiusa, non è in alcun modo legato ad una brana, ed è per questo motivo che riesce a sfuggirle, facendo così sembrare meno intensa la forza di cui è responsabile! In seguito l'americano Andrew Strominger e l'iraniano Cumrun Vafa hanno dimostrato che la teoria delle p-brane può essere usata anche per conteggiare i microstati quantici associati alle diverse configurazioni dei buchi neri, e il risultato si è mostrato in buon accordo con le previsioni di Stephen Hawking. Il corrispettivo della teoria delle p-brane nelle approssimazioni a bassa energia sarebbe la già descritta teoria della supergravità.n particolare, da tale teoria è possibile dedurre il cosiddetto principio olografico, proposto dall'olandese Gerardus 't Hooft e

dall'americano Leonard Susskind, secondo il quale è possibile descrivere ciò che avviene in un volume di spazio semplicemente usando una superficie. Il nome viene dall'analogia con i famosi ologrammi: per produrre un'immagine olografica si investe un oggetto tridimensionale con luce laser, la luce riflessa subisce interferenza con un raggio laser non perturbato, e la figura di interferenza viene registrata su una lastra fotografica. Colpendo quest'ultima con un raggio laser è possibile riprodurre la figura tridimensionale, pur partendo da uno schermo bidimensionale. Ebbene, 't Hooft e Susskind hanno dimostrato che la teoria delle p-brane presenta molte soluzioni di tipo olografico. Un esempio è costituito dalla cosiddetta corrispondenza AdS/CFT (acronimo di Anti de Sitter/Teoria di Campo Conforme): la teoria delle superstringhe in 10 dimensioni è equivalente a una teoria di campi di gauge in uno spazio di Minkowski a quattro dimensioni, il che vuol dire, in un linguaggio meno ermetico, che l'informazione contenuta nella teoria delle superstringhe in dieci dimensioni si può tradurre in una teoria di campo quadridimensionale e viceversa. L'importanza di tutto ciò è enormemente maggiore dei paroloni dietro cui questa teoria si nasconde, poiché permette di interpretare il nostro universo quadridimensionale come immerso in un universo molto più ampio, a dieci dimensioni. Per descriverlo abbiamo due possibilità: o lo descriviamo come risultato delle oscillazioni delle superstringhe in dieci dimensioni, con tutta la complessità matematica del caso, oppure lo trattiamo come una teoria di campo a quattro dimensioni, a noi certamente più familiare. Ad esempio, la fisica delle particelle che cadono in un buco nero può essere registrata su uno schermo bidimensionale senza perdere informazione. I suoi sostenitori sperano che il principio olografico, applicato a problemi cosmologici tuttora aperti, ci possa svelare qualcosa di più sull'origine e sul destino del nostro universo. A prima vista la teoria delle stringhe, principale candidato a diventare la teoria quantistica della gravitazione, si trova a dover fare i conti con questo principio. Come una corda di chitarra pizzicata, una stringa quantistica elementare ha un'infinità di armoniche superiori, che corrispondono a campi di spin più elevato; ora questo ragionamento è valido solo quando la gravità è insignificante e lo spazio-tempo non è curvo. In uno spazio-tempo incurvato, i campi di spin elevato possono esistere. Supponiamo di avere un ipotetico spazio-tempo tridimensionale (due dimensioni spaziali, una temporale) saturo di particelle che interagiscono unicamente attraverso una versione potenziata della forza nucleare forte, in assenza della forza di gravità. In un simile contesto, gli oggetti di una certa grandezza possono interagire solo con oggetti di grandezza paragonabile, esattamente come gli oggetti che possono interagire solo se sono spazialmente adiacenti. La grandezza svolge esattamente lo stesso ruolo della posizione spaziale; si può pensare alla grandezza come a una nuova dimensione dello spazio, che si materializza dalle interazioni delle particelle come una figura di un libro pop-up. L'originario spazio-tempo tridimensionale diventa il limite di uno spazio-tempo quadridimensionale, con la nuova dimensione che rappresenta la sua distanza da quel limite. La struttura di questa teoria dà luogo alla dimensione del tempo, che sorge in modo intrinsecamente asimmetrico, e questo spiegherebbe la "freccia del tempo", cioè la sua unidirezionalità. Secondo la teoria di Vasiliev-Fradkin i campi di spin elevato sono in possesso di un grado di simmetria ancora più elevato del campo gravitazionale, e maggiore simmetria significa meno struttura: anzi, troppo poca struttura per soddisfare anche le funzioni più elementari, come per esempio le relazioni di causa-effetto coerenti. Materia e geometria dello spazio-tempo sono così profondamente intrecciate che diventa impossibile considerarle separatamente, e la nostra familiare immagine della materia come residente nello spazio-tempo diventa completamente insostenibile. Nell'universo primordiale, dove regnava la teoria di Vasiliev-Fradkin, l'universo era un ammasso amorfo. Quando le simmetrie di spin più elevate si sono rotte  è emerso lo spazio-tempo nella sua interezza. La M-teoria presuppone però un altro e ancor più incredibile sviluppo. Secondo i suoi autori, infatti, l'universo osservabile sarebbe formato solo da quattro delle undici dimensioni esistenti che si sono espanse al momento del Big Bang a differenza delle altre, rimaste arrotolate al modo di

Kaluza-Klein ovvero quella teoria  che  rappresentava  un tentativo di unificazione del campo gravitazionale, descritto dalle equazioni della relatività generale, con il campo elettromagnetico, descritto dalle equazioni di Maxwell, attraverso l'introduzione di una quarta dimensione spaziale in aggiunta alle tre conosciute più una temporale, per un totale di cinque dimensioni. se ne evincerebbe che il nostro universo sarebbe una 3-brana tridimensionale immersa in un iperspazio ad 11 dimensioni. La materia presente nell'Universo non può "uscire" da esso per entrare nell'iperspazio, poiché le superstringhe aperte tendono ad avere entrambe le estremità collegate ad una p-brana. Ma allora esisteranno altri universi paralleli, allocati in 3-brane adiacenti alla nostra e si ritorna quindi al  al concetto di multiverso, .