Poco prima del Big Bang, l’Universo era un ambiente estremamente caldo, denso e ricco di energia. L’esplosione di 13,8 miliardi di anni fa ha cambiato radicalmente tutto, dando origine all’universo che conosciamo.
L’inflazione ha separato l’unica “super” forza nelle quattro forze fondamentali: gravità, forza elettromagnetica, interazione nucleare debole e interazione nucleare forte. In quel momento primordiale, si formarono le particelle elementari e l’Universo intraprese una “danza cosmica” che ha lasciato dietro di sé delle “cicatrici” impresse nel tessuto dello spazio-tempo: le stringhe cosmiche.
Stringhe cosmiche: reliquie del Big Bang e potenziali macchine del tempo
Le stringhe cosmiche sono difetti topologici che si sono formati durante i primi istanti di vita dell’Universo, quando l’ambiente ad alta energia si è rapidamente trasformato in uno a bassa energia. Sono simili alle smagliature sulla pelle che si espande troppo velocemente o alle crepe nel ghiaccio: artefatti di un cambiamento repentino. Queste stringhe sono incredibilmente dense, sottili quanto un protone ma lunghe anni luce.
Gli scienziati ritengono che fluttuino passivamente nell’Universo, ma studiarle attivamente potrebbe svelare i misteri dell’universo primordiale e, secondo alcuni fisici, persino aprire la porta a una forma di viaggio nel tempo. L’idea di viaggiare indietro nel tempo attraverso queste reliquie cosmiche può sembrare fantascienza, ma è supportata dalla teoria delle stringhe cosmiche, almeno teoricamente.
Ken Olum,m, professore di ricerca di fisica e astronomia alla Tufts University, afferma che due stringhe cosmiche parallele e infinite che si incrociano potrebbero creare una macchina del tempo deformando lo spazio-tempo. In teoria, se si percorresse un percorso attorno a queste stringhe, si tornerebbe al punto di partenza in un momento precedente. Tuttavia, Olum avverte di non farsi prendere dall’entusiasmo, poiché oltre alle preoccupazioni pratiche riguardanti una macchina del tempo alimentata dalle stringhe, c’è anche il fatto che gli scienziati non le hanno ancora osservate direttamente.
Nel 1991, il fisico di Princeton J. Richard Gott propose l’idea più popolare per il viaggio nel tempo tramite stringhe cosmiche. Nel suo modello, Gott esplora come due stringhe parallele e infinite che si incrociano potrebbero deformare lo spazio-tempo per creare un percorso nel tempo chiamato curva chiusa di tipo tempo. In sostanza, si tratterebbe di un loop nel tempo che riporterebbe un viaggiatore del tempo al suo punto di origine prima del momento in cui lo ha lasciato.
Ciò che rende la teoria di Gott particolarmente interessante è che questo tipo di loop temporale è una soluzione accettata alle teorie di Einstein sulla relatività generale. Queste teorie ci dicono che gli oggetti massicci possono distorcere lo spazio-tempo, aprendo la possibilità di prendere una scorciatoia nel tempo condensando lo Spazio. Le curve chiuse di tipo tempo spiegano anche come funzionano teoricamente i wormhole.
La sfida del viaggio nel tempo
Sebbene la matematica alla base dell’idea di utilizzare le stringhe cosmiche come “superstrade” per il viaggio nel tempo sia valida, ciò non significa che siamo vicini a realizzare concretamente questo concetto. Innanzitutto, il viaggio a velocità prossime a quella della luce, necessario per sfruttare le stringhe cosmiche, presenta difficoltà immense, se non insormontabili. Secondo la teoria della relatività di Einstein, più un oggetto si avvicina alla velocità della luce, maggiore è l’energia necessaria per accelerare ulteriormente. Allo stato attuale, non disponiamo di alcun metodo in grado di produrre le enormi quantità di energia richieste per spingere un veicolo spaziale a tali velocità.
Oltre alla sfida energetica, ci sono numerosi ostacoli tecnologici da superare. La costruzione di un veicolo spaziale in grado di resistere alle forze estreme e alle radiazioni presenti in prossimità delle stringhe rappresenta una sfida ingegneristica senza precedenti. La sua realizzazione pratica rimane al momento una prospettiva molto lontana, se non impossibile, a causa delle enormi sfide tecnologiche ed energetiche che comporta.
Henry Tye, professore emerito di fisica alla Cornell University, si dice più convinto dalle possibilità offerte dalle stringhe cosmiche rispetto ad altre modalità teoriche di viaggio nel tempo, come i wormhole. Tye stesso, insieme a uno studente, ha esplorato il modello delle stringhe, suggerendo che potrebbero esserci aspetti ancora da scoprire e potenzialmente sfruttabili.
“Il viaggio nel tempo è improbabile, ma non lo definirei impossibile“, ha affermato Tye: “Nella fantascienza, quando si parla di viaggi a velocità superiori a quella della luce, trovo che l’idea sia difficilmente accettabile. Quando si tratta di viaggi a ritroso nel tempo, ritengo che sia un concetto improbabile, ma non ancora del tutto da escludere”.
Il North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), una collaborazione di astronomi, sta giocando un ruolo cruciale in questa ricerca. NANOGrav è in grado di rilevare onde gravitazionali a bassa frequenza misurando i segnali emessi da un tipo di stella chiamata pulsar. Attraverso la misurazione delle variazioni di tempo negli impulsi pulsar di millisecondi, NANOGrav può rilevare il sottile allungamento e la compressione dello spazio-tempo causati dalle onde gravitazionali.
Mentre in precedenza gli scienziati avevano osservato onde gravitazionali provenienti da eventi cosmici come il comportamento dei buchi neri, nel 2020 NANOGrav ha osservato un segnale che non corrispondeva a questo schema. Questo segnale potrebbe essere la prova dell’esistenza delle stringhe cosmiche.
“Il segnale che abbiamo osservato non assomiglia molto a quello che ci aspetteremmo dai buchi neri, e questa è la cosa più interessante“, ha spiegato Olum: “Tuttavia, il segnale sembra corrispondere perfettamente a quello che ci aspetteremmo da superstringhe cosmiche“. Le superstringhe cosmiche hanno origine nella teoria delle stringhe. Questa teoria suggerisce che l’Universo sia composto da dieci (o più) dimensioni, di cui solo quattro costituiscono lo spazio e il tempo come li conosciamo. Le dimensioni rimanenti sono una sorta di impalcatura invisibile.
In questo modello multidimensionale, oggetti molto piccoli, chiamati stringhe, sostituiscono le particelle. Queste stringhe vibrano come corde di chitarra a diverse frequenze, corrispondenti a diverse particelle fondamentali. La scoperta di un segnale compatibile con le superstringhe cosmiche apre nuove domande e nuove sfide per la fisica. Se confermata, questa scoperta potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’Universo e delle sue leggi fondamentali.
Conclusioni
Le superstringhe cosmiche rappresentano un affascinante punto di incontro tra la teoria delle stringhe, che descrive l’Universo a un livello fondamentale, e le stringhe cosmiche, considerate reliquie dell’universo primordiale. Queste strutture si sarebbero formate a partire dalle stringhe fondamentali previste dalla teoria delle stringhe, attraverso un processo di allungamento avvenuto nelle prime fasi di vita dell’Universo.
Nonostante la loro esistenza sia considerata meno probabile, le superstringhe offrono un vantaggio significativo: sono relativamente più facili da rilevare. Questa caratteristica le rende un obiettivo di indagine promettente per gli scienziati, che sperano di ottenere nuove informazioni sull’Universo Primordiale, sulla validità della teoria delle stringhe e sulla natura fondamentale dello spazio-tempo.
Lo studio è stato pubblicato su iNSPIRE HEP.
