La teoria delle stringhe
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Nel corso degli ultimi 100 anni o poco più la fisica ha rivoluzionato alcune certezze, o almeno molte delle teorie che costituivano alcune tra le basi del pensiero scientifico. A inizio secolo Albert Einstein ha formulato la teoria della relatività la quale ha messo in discussione i concetti stessi di spazio e di tempo, proponendo un modello che ancora oggi necessita di molta attenzione per essere ritenuto logico, tanto sono radicate le convinzioni della fisica newtoniana. I riscontri delle ipotesi di Einstein continuano ad arrivare tuttora, ma non per questo Newton deve considerarsi superato.

Schematizzazione grafica di curvatura di spazio-tempo
Schematizzazione grafica di curvatura di spazio-tempo

In pratica Einstein ha dimostrato che il tempo non è assoluto, e non lo è neppure lo spazio. Queste sono in realtà due variabili sottoposte a condizioni fisiche, per cui abbiamo casi in cui, in certi specifici frangenti, il tempo scorre più velocemente per alcuni e meno per altri, e anche casi in cui dobbiamo familiarizzare con concetti come la curvatura dello spazio-tempo

Insieme alle conferme sperimentali, però, alcuni fisici teorici hanno contemporaneamente posto quesiti a cui la teoria della relatività non riesce ancora a rispondere, ed altri che si fatica a rendere compatibili con essa. Se infatti la teoria funziona perfettamente con il macro-cosmo e con l’infinitamente grande, qualche intoppo lo si trova nella sua applicazione nell’infinitamente piccolo, ovvero riguardo alle dinamiche atomiche e sub-atomiche.

La meccanica quantistica, infatti, ovvero quella branca di fisica che studia i quanti (particelle di energia), è spesso in contrasto con la teoria della relatività, creando imbarazzo o comunque curiosità nella comunità scientifica. È ovvio che con un’incertezza di questo tipo vengano messe in discussione tutte le teorie e gli sforzi fatti per capire il nostro universo.

Questa attuale incongruenza ha spinto i fisici e gli studiosi alla ricerca di una teoria unificante, ovvero che si adatti perfettamente a spiegare ogni fenomeno naturale. A questa teoria in via di evoluzione è stato dato il soprannome di “teoria del tutto”. Non si tratta di un approccio semplice, perché, come vedremo, la teoria delle stringhe presuppone che le dimensioni non siano solo tre, come crediamo attualmente, ma addirittura undici!

Il fisico italiano Gabriele Veneziano, nato a Firenze il 7 settembre 1942
Il fisico italiano Gabriele Veneziano, nato a Firenze il 7 settembre 1942

La teoria delle stringhe prese corpo da un intuizione del fisico italiano Gabriele Veneziano, che nel 1968, quando era ricercatore del CERN (L’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) scrisse un articolo in relazione al comportamento degli adroni (che si dividono in barioni, mesoni e barioni esotici – vedi anche nostro articolo: Atomo, sempre più a nudo-).

Veneziano ricordò che una formula matematica elaborata da Eulero circa 200 anni prima, si riferiva ad importanti studi sull’interazione forte, ma non ne spiegava la natura, e iniziò a ipotizzare che la natura delle particelle non corrispondesse alle loro reazioni fisiche. Per queste intuizioni Gabriele Veneziano è ritenuto il padre della teoria.

Nel 1970 tre fisici, e precisamente il giapponese Yōichirō Nambu, il danese Holger Bech Fritz Nielsen e lo statunitense Leonard Susskind tentarono di elaborare una teoria che spiegasse la relazione tra il comportamento degli adroni e la loro natura, e la trovarono ipotizzando che la forza nucleare potesse essere rappresentata da piccole strisce o stringhe vibranti a una sola dimensione. Questa teoria avrebbe spiegato moltissime cose, ma non fu accettata dalla comunità scientifica in quanto ritenuta in contrasto con tante esperienze sperimentali.

Lo studio specifico di questa teoria ha portato allo sviluppo della teoria delle stringhe bosoniche, la quale, attraverso l’azione di Polyakov, una quantità matematica che viene utilizzata per prevedere in che modo le stringhe si muovono nello spazio-tempo, si avvicina alla compatibilità con la relatività, ed è tuttora la teoria insegnata nelle università.

Da allora e per circa 20 anni non sono stati fatti grandi passi avanti nell’elaborazione della teoria delle stringhe, a parte una maggiore fiducia attribuita dai fisici alla possibilità che la teoria delle stringhe possa in effetti essere unificante. Nel frattempo però, e ovviamente sempre a livello teorico, questo campo ha raccolto sempre più attenzioni e addirittura elaborazioni di ipotesi molto spinte e rivoluzionarie chiamate teorie delle super-stringhe.

Schema di Teoria M (M-theory)
Schema di Teoria M (M-theory)

Si arriva così agli anni ’90, quando molti studiosi, tra cui il matematico e fisico statunitense Edward Witten arrivano a pensare che le super-stringhe non siano altro che parti di un’unica teoria a ben undici dimensioni, alla quale fu dato il nome di M-theory. Ancora oggi non si conosce il motivo di questo nome, ed è diventato un giochino per i fisici immaginare il significato di “M” (Mystery?, Mother? …). Witten disse semplicemente e molto modestamente che non si sentiva di dare un nome a qualcosa di cui non sapeva in pratica quasi neppure cosa fosse.

Nella M-theory le varie stringhe differirebbero tra loro solo ed esclusivamente dalla vibrazione, e ogni tipo di vibrazione le porterebbe ad essere di natura differente.

Al termine di questa carrellata storica, scritta appositamente per far prendere dimestichezza col mondo delle strinhe e approfondire quello delle particelle sub-atomiche, possiamo esprimerci in estrema sintesi dicendo che le stringhe sarebbero un nuovo modo di intendere la natura delle particelle stesse, le quali non sarebbero corpuscolari e bidimesionali, ma a strisce e unidimensionali. In pratica neutroni, protoni, elettroni, quark, ecc. non andrebbero più rappresentati in modo puntiforme, ma come piccole corde che vibrano, ma che abbiano lo stesso “ingombro” virtuale di un punto geometrico (unidimensionale).

In questo modo la fisica della relatività e la fisica quantistica troverebbero un punto d’incontro e la spiegazione sarebbe molto più vicina. Anche la dinamica che intercorre tra particelle avrebbe quindi un riscontro sia con la meccanica quantistica che con la teoria della relatività. Resta però il fatto che la teoria delle stringhe è ritenuta ancora in fase embrionale, e non tutti i fisici concordano sulla sua attinenza alle regole generali della fisica o a quanto potrebbe essere da essa dimostrato.

Costituisce però quanto di più avanzato ci sia oggi nella ricerca scientifica e forse anche nella scienza del pensiero umano.

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Di aletave

Dottore in Scienze Naturali, copywriter e blogger.

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