Come dimostrato nel 1905 da Albert Einstein nella sua Teoria della Relatività Speciale, i concetti di spazio e tempo sono intimamente connessi dal limite di velocità cosmica. Da allora sappiamo di vivere in un Universo con quattro dimensioni di spazio-tempo, ovvero tre dimensioni dello spazio (nord-sud, est-ovest, su-giù) e una dimensione del tempo (passato-futuro).
Una quinta dimensione esterna allo spazio tempo
Tuttavia nel 1920 altri due fisici, Oskar Klein e Theodor Kaluza, ispirati dalla teoria della gravità di Einstein, che ha dimostrato che la massa deformava lo spazio-tempo quadridimensionale, hanno proposto l’esistenza di una quinta dimensione, esterna allo spazio-tempo. Secondo i due fisici, poiché non siamo in grado di percepire queste quattro dimensioni, attribuiamo il movimento in presenza di un corpo massiccio, come un pianeta, non a questa curvatura ma a una “forza” di gravità. L’altra forza conosciuta all’epoca (la forza elettromagnetica) potrebbe essere invece spiegata dalla curvatura di una dimensione extra dello spazio.
Poiché però la forza elettromagnetica era 1.040 volte più forte della gravità, la curvatura della dimensione extra doveva essere così grande da essere avvolta su se stessa in uno spazio molto più piccolo di un atomo. Questa teoria subì un duro colpo dalla scoperta di altre due forze fondamentali che operano nel regno del nucleo atomico: le forze nucleari forti e deboli. L’idea che le dimensioni extra possano spiegare le forze è stata però ripresa mezzo secolo dopo dai sostenitori della “teoria delle stringhe”, che vede gli elementi costitutivi fondamentali dell’Universo non come particelle, ma minuscole “stringhe” di massa-energia. Per imitare tutte e quattro le forze, le corde vibrano nello spazio-tempo a 10 dimensioni, con sei dimensioni spaziali arrotolate in uno spazio molto più piccolo di un atomo.
La teoria delle stringhe
La teoria delle stringhe ha dato origine all’idea che il nostro Universo potrebbe essere un’isola tridimensionale, o “brana”, che galleggia nello spazio-tempo a 10 dimensioni. Ciò ha sollevato l’intrigante possibilità di spiegare perché la gravità è così straordinariamente debole rispetto alle altre tre forze fondamentali. Mentre infatti le forze sono bloccate sulla brana, la gravità fuoriuscirebbe nelle sei dimensioni extra dello spazio, diluendo enormemente la sua forza sulla brana.
Il problema della teoria delle stringhe, secondo alcuni fisici, è che produce troppi universi, ovvero non uno ma circa 10 elevato alle 500 versioni di spazio-tempo, ciascuno con le proprie leggi della fisica. Ma con così tanti universi in gioco, come può la teoria spiegare perché il nostro ha le caratteristiche che ha?
Ora alcuni teorici suggeriscono che la maggior parte – se non tutti – di quegli universi in effetti è vietata, almeno se vogliamo che abbiano un’energia oscura stabile, la presunta forza che accelera l’espansione del cosmo. Secondo alcuni, eliminare così tanti universi possibili non è uno svantaggio, ma un importante passo avanti per la teoria delle stringhe, poiché offre nuove speranze di fare previsioni verificabili. Ma altri dicono che il multiverso è qui e ci rimarrà, e il problema scaturito da tutti quegli universi non è affatto un problema.
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Secondo un’altra ipotesi avanzata nel 1999 dai fisici Lisa Randall e Raman Sundrum, una dimensione spaziale extra potrebbe anche spiegare uno dei grandi misteri cosmici: l’identità della materia oscura, la materia invisibile che sembra superare le stelle e le galassie visibili di un fattore sei. Nel 2021, un gruppo di fisici dell’Università Johannes Gutenberg di Magonza, in Germania, ha proposto che la gravità di particelle finora sconosciute che si propagano in una quinta dimensione nascosta potrebbe manifestarsi nel nostro Universo quadridimensionale come la gravità extra che attualmente attribuiamo alla materia oscura.
Ovviamente, allo stato attuale, si tratta soltanto di un’ipotesi tra tante altre, ma il suo peso, è proprio il caso di dirlo, potrebbe cambiare la fisica così come la comprendiamo attualmente.
