Durante gli ultimi anni della sua vita, Albert Einstein cercò di unificare tutte le forze della natura. Morì senza riuscire nel suo tentativo che sarebbe passato alla storia come il suo più grande fallimento.
Ma il sogno infranto di Einstein potrebbe avverarsi oggi, poiché un gruppo di fisici teorici ha rielaborato le sue vecchie teorie. Anche se probabilmente non riunirà tutte le forze dell’universo, potrà spiegare alcuni dei misteri più importanti che la scienza moderna deve affrontare.
La teoria della gravità che ha riscosso maggior successo è la famosa teoria della relatività generale di Einstein. Einstein ha impiegato più di sette anni per svilupparla. Apparentemente, la relatività generale è ingannevolmente semplice. Tutto ciò che accade nell’universo si svolge nella struttura quadrimensionale dello spazio-tempo. Materia ed energia deformano questa struttura e le deformazioni dicono alla materia e all’energia come muoversi nello spazio-tempo, questa, in estrema sintesi, è la forza di gravità, un dialogo costante tra il tessuto spazio-temporale, la materia e l’energia.
La teoria di Einstein ha superato molti test, ha previsto e spiegato strani fenomeni in tutto l’universo, come la curvatura della luce attorno a oggetti massicci e la formazione dei buchi neri.
Eppure sappiamo che è incompleta. Mentre la relatività generale dice che i buchi neri dovrebbero esistere, fallisce quando cerca di descrivere il più intimo dei loro segreti, la singolarità. Non abbiamo una descrizione della gravità a una scala subatomica dominata da un’altra teoria, la meccanica quantistica. Alla scala subatomica, quando la gravità diventa talmente intensa, la relatività generale non può nemmeno fare previsioni: la matematica non funziona più.
Gli astronomi hanno notato due fenomeni che non sono completamente spiegati dalla relatività generale: la maggior parte della materia nell’universo (la cosiddetta materia oscura ) non interagisce con la luce; e l’espansione dell’universo sta accelerando a causa di una forma repulsiva di energia detta “oscura” ancora sconosciuta.
Per spiegare la materia oscura e l’energia oscura, gli scienziati possono percorrere due strade. O la relatività generale è corretta, ma il nostro cosmo è pieno di strane nuove sostanze, oppure la relatività generale è sbagliata.
Lo stesso Einstein cercò di correggere la sua teoria ma era all’oscuro di molti concetti oggi noti, gli enigmi delle singolarità dei buchi neri o l’universo in accelerazione: nessuno all’epoca sapeva che queste cose esistevano, per non parlare delle grandi sfide teoriche.
Einstein, pur non avendo a disposizione le conoscenze moderne, aveva uno scopo più alto: unificare tutte le leggi (note) della fisica in un unico quadro matematico. Nel suo caso, aveva la gravità da un lato, rappresentata dalla sua ormai famosa relatività generale, e dall’altra l’ elettromagnetismo, rappresentato dalle equazioni di Maxwell che descrivevano tutto, dal magnetismo alle correnti elettriche, alla stessa luce.
Einstein tentò di scrivere una super-teoria del tutto, introducendo una nuova versione della Relatività Generale. La versione base della relatività considerava solo la curvatura dello spazio-tempo, ma Einstein per andare oltre la spiegazione della gravità introdusse alcuni effetti aggiuntivi.
Einstein aveva sperato che la deformazione dello spazio-tempo fosse in qualche modo collegata all’elettromagnetismo (allo stesso modo in cui la curvatura dello spazio-tempo è collegata alla gravità) ma purtroppo non riuscì a trovare alcuna soluzione e la sua nuova teoria morì con lui.
Altri fisici non hanno rinunciato al sogno di Einstein e da allora hanno cercato di unificare la fisica. Una delle teorie più accreditate è chiamata teoria delle stringhe, che afferma che tutte le particelle sono essenzialmente minuscole stringhe vibranti e il nostro universo ha dimensioni spaziali extra nascoste.
La teoria delle stringhe non è basata sull’idea originale di Einstein sulla torsione dello spazio-tempo, ma ora i fisici stanno guardando con rinnovato interesse a quella vecchia idea, che è chiamata gravità teleparallela.
Il nome “teleparallelo” deriva dal lavoro originale di Einstein che esaminava la natura delle linee parallele distanti nella sua struttura geometrica, esplorando come, sia la curvatura che la torsione dello spazio-tempo, influenzassero il percorso della materia e dell’energia. I fisici oggi non pensano che la gravità teleparallela possa unificare la fisica ma potrebbe essere un candidato interessante per una nuova teoria della gravità.
Questo perché i teorici hanno utilizzato la gravità teleparallela per spiegare l’espansione accelerata dell’universo, avvenuta nelle fasi iniziali del Big Bang, chiamata “inflazione”, e problemi più recenti come un conflitto osservato tra diverse misurazioni del tasso di espansione del cosmo. In altre parole, la gravità teleparallela ha dimostrato di essere piuttosto predittiva.
La gravità teleparallela può essere un nuovo approccio interessante e utile alla gravità, ma non consente di arrivare a una legge fondamentale della fisica. Invece, i fisici hanno provato a unificare le forze della natura utilizzando la teoria delle stringhe – che potrebbe essere la teoria ultima del tutto.
Questa teoria si collega in qualche modo alla gravità teleparallela? In altre parole, se la gravità teleparallela può, potenzialmente, dare una risposta alla materia oscura e all’energia oscura, funziona come una conseguenza naturale della teoria delle stringhe o queste teorie non hanno alcuna connessione tra loro?
Recentemente, i teorici hanno iniziato a legare la gravità teleparallela alla teoria delle stringhe, fornendo una motivazione per la teoria all’interno dell’universo, come riportato in un articolo apparso sulla rivista preprint arXiv.
Nel loro lavoro, hanno mostrato come la gravità teleparallela possa essere una conseguenza della teoria delle stringhe. Questa è un’intuizione importante, perché la teoria delle stringhe dovrebbe essere in grado di spiegare tutte le leggi della fisica, e se la gravità teleparallela fosse una versione migliore della relatività generale e alla fine si dovesse rivelare corretta, allora dovremmo essere in grado di derivare il teleparallelismo dalla matematica delle teoria delle stringhe.
Tuttavia, la teoria delle stringhe non è ancora pronta, quindi qualsiasi connessione che può fare con la realtà è utile. Se la gravità teleparallela si rivelasse un modo utile per spiegare alcune delle attuali carenze della relatività generale, e possiamo derivare il teleparallelismo dalla teoria delle stringhe, allora questo sarebbe un ulteriore passo per realizzare il sogno finale di Einstein, l’unificazione della fisica.
