La teoria delle stringhe (in parole semplici) e le 11 dimensioni [video di Brian Greene]

Teoria delle stringhe - Filamenti di energia

La teoria delle stringhe, se confermata, ci permetterebbe di capire come si forma ogni elemento che conosciamo: energia, materia e forze fondamentali [1]

Si parla spesso, nella scienza, del desiderio di trovare una teoria che unifichi tutte le equazioni fisiche che conosciamo. Gli scienziati cioè stanno cercando una teoria o una formula capace di fungere da “punto di partenza” per descrivere tutte le particelle e tutte le forze fondamentali che hanno già dimostrato.

La ricerca non è per niente facile, soprattutto perché deve essere dimostrata senza possibilità di errore per poter essere considerata ufficiale. A ogni modo alcuni fisici si sono sbilanciati verso una direzione: la teoria delle stringhe.

Ma cos’è la teoria delle stringhe e perché se ne parla tanto?
Tra tutti i documentari che ho visto e i libri che ho letto, una delle spiegazioni più efficaci è stata fatta dal fisico Brian Greene durante una breve conferenza. Conciso, divertente e ironico in certi punti, con un modo di parlare che anche un inesperto riuscirebbe a seguire con un minimo sforzo.

Vi propongo il suo video in fondo all’articolo. Tutta la parte di spiegazioni che trovate di seguito si fonda sul video, estesa con qualche parola in più per rendere comprensibili alcuni termini o alcune nozioni scientifiche.

Cos’è la teoria delle superstringhe?

Teoria delle stringhe - Frattale by BriannaTWedge

La teoria delle stringhe non è ancora stata verificata, ma potrebbe incorporare la famosa “teoria del tutto” ricercata dai fisici [2]

Il nome corretto sarebbe «teoria delle superstringhe», ma visto che si tratta di una visione particolare della «teoria delle stringhe» di seguito per semplicità continueremo a chiamarle in questo modo.

Partiamo da due concetti che conosciamo bene.
Il primo è che tutti noi siamo fatti in tre dimensioni spaziali – altezza, larghezza, profondità – alla quale andrebbe aggiunta una quarta dimensione: il tempo.

Il secondo è che qualsiasi materiale che ci circonda – dalla terra alle nuvole, al corpo umano – è composto di molecole, le quali possono essere divise in particelle sempre più piccole: le molecole sono formate da atomi; gli atomi sono formati da elettroni, neutroni e protoni; neutroni e protoni sono composti da quark.
Come abbiamo visto in un altro articolo, anche i quark sono composti di particelle più piccole ma sembra che una forza particolare ci impedisca di dividerli.

La teoria delle stringhe parte da questi due concetti e li estende. Ci dice, in pratica:
– che le dimensioni spaziali attorno a noi non sono tre ma addirittura 10;
– che i quark sono formati da un insieme di filamenti di energia e non da comuni particelle più piccole;
– che riuscendo a manipolare l’energia di cui sopra avremmo la possibilità di creare la materia che desideriamo.

Entriamo nei dettagli.

Filamenti di energia che vibrano in 10 dimensioni

Teoria delle stringhe - Uomo in multidimensioni

La teoria delle stringhe cerca di spiegare come si forma la materia. Ma per farlo richiede che l’universo sia fatta di almeno 10 dimensioni spaziali [3]

Come abbiamo detto, la teoria delle stringhe spiega che i quark sono formati da un insieme di filamenti di energia. Questi filamenti di energia sono simili a corde (da qua il nome di «stringa», dall’inglese string che significa «corda»).
Ognuna di queste corde vibra in modo diverso: in base al “tono di vibrazione”, i filamenti di energia producono particelle diverse.
Stiamo parlando di tutte le particelle che compongono il nostro mondo e il nostro universo: materia, energia, spazio e tempo esistono grazie alla vibrazione di queste corde. Il modo diverso in cui queste corde vengono fatte vibrare determina la nascita di una o dell’altra particella.

Ma abbiamo anche parlato di 10 dimensioni spaziali. Il fatto è che, matematicamente, la teoria delle stringhe non funziona in un universo fatto di sole 3 dimensioni. Con un’equazione è possibile dimostrare che può funzionare unicamente in un universo dotato di 10 dimensioni spaziali e una temporale.
Ecco perché i sostenitori della teoria sono certi che debbano esistere almeno 10 dimensioni spaziali.

Perché noi vediamo soltanto tre dimensioni? La risposta potrebbe essere più semplice di quanto si creda. Brian Greene ci offre un esempio terra a terra.
Immaginate i fili della luce che ci sono in strada tra due piloni e immaginate di osservarli da lontano. Dalla distanza i fili ci sembrano in due dimensioni. Ma se ci avviciniamo vediamo chiaramente che sono in tre dimensioni.
Allo stesso modo, per noi è impossibile vedere le dimensioni oltre la terza perché sono raggomitolate tra loro: sono troppo piccole perché possiamo osservarle senza “zoomare”.

Perché la teoria delle stringhe è importante

Teoria delle stringhe - Interazione tra universi

Il nostro universo si basa su circa 20 numeri fisici. La teoria delle stringhe potrebbe spiegarci perché i valori sono proprio quelli che conosciamo [4]

Quando si studia la scienza si fa uso di circa 20 numeri che descrivono il nostro Universo: massa delle particelle, elettroni, quark, forza di gravità, la potenza della forza elettromagnetica, ecc.. Il nostro universo è esattamente come ci appare perché questi numeri hanno il valore che conosciamo. Una modifica a questi numeri porterebbe il nostro Universo a scomparire. Ma nessuno sa spiegare perché questi numeri abbiano i particolari valori che hanno, invece di averne altri

La teoria delle stringhe suggerisce che quei 20 valori abbiano a che fare con le dimensioni aggiuntive. I 20 numeri sono il risultato di come le stringhe possono vibrare.
Quella delle stringhe è una teoria rivoluzionaria. Poniamo che in futuro i fisici riusciranno a confermarla: avremo trovato finalmente una “teoria del tutto” capace di spiegare come nascono i vari tipi di materia e particelle. Una legge capace di spiegare come nascono tutte le forze fisiche fondamentali.

Se poi ci spingessimo oltre, entreremo nel campo della fantascienza. Il modo in cui le stringhe vibrano è influenzato dalla forma geometrica delle dimensioni che le circondano (di tutte e 10 le dimensioni).
Una volta capito come funziona la vibrazione delle corde, cioè come possono essere messe in moto a piacimento, potremmo farle vibrare con i toni che desideriamo e quindi manipolare la materia e l’energia che preferiamo.

Si tratta di una teoria ancora in corso e non incontrovertibilmente verificata, ma come è già capitato nel passato con altre supposizioni fisiche potrebbe essere valida e offrirci un punto di spunto davvero interessante.
Probabilmente lo sapremo tra qualche decennio.

Il video

Brian Greene sulla teoria delle stringhe
Durata: 19′ 09”


Fonti esterne

Il video della conferenza di Brian Greene (vedi sopra).

La teoria delle superstringhe descritta su Wikipedia

Copyright immagini

[1] http://www.fromquarkstoquasars.com/string-theory-foundation-quantum-mechanics/
[2] http://briannatwedge.deviantart.com/art/String-Theory-146497578
[3] http://orbiserihtru.wordpress.com/582-2/
[4] http://www.bornscientist.com/ScientificResearch/?u=Interaction_of_parallel_Universes_leads_to_Quantum_effects_claims_the_new_theory

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