E’ possibile coniugare relatività e meccanica quantistica senza la teoria delle stringhe

Gli scienziati oggi dispongono di due teorie fondamentali per capire l'Universo, la teoria della Relatività generale e la meccanica quantistica

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Gli scienziati oggi dispongono di due teorie fondamentali per capire l’Universo, la teoria della Relatività generale e la meccanica quantistica.

La prima, scritta oltre un secolo fa da Albert Einstein, nega che spazio e tempo siano entità assolute segnando una vera e propria rivoluzione del pensiero scientifico. La seconda, chiamata anche teoria dei quanti, si è rivelata l’unica in grado di spiegare il comportamento della materia nel mondo microscopico. Le due teorie sono tuttavia incompatibili.

Per molti anni, secondo buona parte dei fisici, il possibile anello di congiunzione tra la Relatività e la Meccanica quantistica è stata considerata la teoria delle stringhe o più correttamente delle “corde”. Oggi, però, sono state scoperte prove ritenute convincenti che questa teoria non sia l’unica a poter unire i due più potenti strumenti di indagine a disposizione degli scienziati.

Ad affermarlo è una collaborazione internazionale guidata dai fisici di Radboud. Il gruppo di ricercatori ha dimostrato che è possibile costruire una teoria della gravità quantistica che obbedisca a tutte le leggi fondamentali della fisica, senza chiamare in causa la teoria delle stringhe. Hanno descritto i loro risultati in Physical Review Letters la scorsa settimana.

Su grande scala la gravità opera nell’Universo su tutto ciò che ha massa/energia. Il moto dei pianeti e delle stelle, o la luce che segue la stessa curvatura spaziotemporale sembrano seguire con assoluta precisione le leggi scritte da Einstein. La Meccanica quantistica invece descrive le proprietà fisiche della natura su scala subatomica.

Le due teorie, separatamente, ci hanno permesso di osservare e in parte comprendere sia l’infinitamente grande che l’infinitamente piccolo, tuttavia sono in conflitto tra di esse. I fisici non sono ancora riusciti a mettere d’accordo le due teorie trovandone una che sia in grado di spiegare la gravità sia su grande scala che  su scala molto più piccola.

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Negli anni 70′ nacque la teoria delle stringhe e, i fisici con essa cercarono di estendere la Relatività generale con una serie di nuovi principi. La teoria delle stringhe afferma che tutto quello che compone l’Universo, non è costituito da particelle puntiformi,  bensì da piccole cordicelle vibranti unidimensionali.

Fin dalla sua genesi, la teoria delle stringhe è stata ritenuta quella più promettente in grado di fondere in un’unica teoria  Relatività e meccanica quantistica.D

opo decenni sembra che la teoria delle stringhe non sia più la sola a poter unire Relatività e Meccanica quantistica. I fisici teorici della Radboud University hanno dimostrato di poterne fare a meno per spiegare la gravità.

Come ha dichiarato il fisico teorico Frank Saueressig: “Dimostriamo che è ancora possibile spiegare la gravità utilizzando la meccanica quantistica senza utilizzare affatto le leggi della teoria delle stringhe. Dimostriamo che l’idea che tutto sia costituito da particelle puntiformi potrebbe ancora adattarsi alla gravità quantistica, senza includere le stringhe. Questa struttura della fisica delle particelle è verificata sperimentalmente, ad esempio, al Large Hadron Collider (LHC) al CERN”.

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Inoltre ha aggiunto:

“Per gli scienziati, questa teoria alternativa è interessante da usare perché è stato estremamente difficile collegare la teoria delle stringhe agli esperimenti. La nostra idea utilizza i principi fisici che sono già stati testati sperimentalmente. In altre parole: nessuno ha mai osservato le stringhe negli esperimenti, ma le particelle sono cose che le persone vedono sicuramente negli esperimenti LHC. Questo ci consente di colmare più facilmente il divario tra previsioni teoriche ed esperimenti “.

Ora, dopo aver dimostrato di poter risolvere i vecchi problemi della fisica delle particelle, la collaborazione internazionale vuole studiare le implicazioni che hanno le loro idee sui buchi neri.

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Dopotutto, c’è solo un insieme di leggi della natura e questo insieme dovrebbe essere in grado di applicarsi a tutti i tipi di domande, incluso cosa succede quando entriamo in collisione tra particelle a energie incredibilmente alte o cosa succede quando le particelle cadono in un buco nero. E’ fantastico dimostrare che esiste effettivamente un collegamento tra queste domande apparentemente sconnesse che consente di risolvere gli enigmi che compaiono su entrambi i lati“.

Pierre-Simon Laplace, matematico, fisico e astronomo francese, suggerì nell’800′ che un intelletto sufficientemente potente potrebbe, se conoscesse la velocità e la posizione di ogni particella in un dato istante, assieme alle leggi della natura, calcolare la posizione di ogni particella in un altro istante.

“Un’intelligenza che, in un certo istante, conoscesse tutte le forze che mettono la natura in moto e tutte le posizioni di tutti gli oggetti la quale natura è conosciuta, se questo intelletto fosse anche abbastanza vasto per analizzare questi dati, raccoglierebbe in una singola formula i movimenti dai più grandi corpi dell’universo a quelli del più piccolo atomo; per una tale intelligenza niente sarebbe incerto e il futuro, come il passato, sarebbe il presente ai suoi occhi”.

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Non sappiamo quanto il nostro intelletto sia potente ma una Teoria del Tutto è forse alla portata delle nostre migliori menti.

Fonte: Finite Quantum Gravity Amplitudes: No Strings Attached