La teoria della gravità emergente

Le due teorie, relatività e fisica quantistica, gioielli della fisica del XX secolo, non possono essere vere entrambe allo stesso tempo. Un fisico teorico olandese e teorico delle stringhe, Erik Verlinde, propone una teoria completamente nuova: la teoria della gravità emergente

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La teoria della gravità emergente
La teoria della gravità emergente

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La gravità, la forza che più ci è familiare potrebbe essere un’illusione, un effetto collaterale di un qualcosa che si manifesta a livelli per ora insondabili della realtà. La teoria della gravità ha un enorme bisogno di trovare nuovi approcci, poiché non si combina con la fisica quantistica

Le due teorie, relatività e fisica quantistica, conquiste della fisica del XX secolo, non possono essere vere entrambe allo stesso tempo. Un fisico teorico olandese e teorico delle stringhe, Erik Verlinde, propone una teoria completamente nuova: la teoria della gravità emergente. 

Secondo Verlinde la gravità non esiste e presto una nuova rivoluzione scientifica cambierà radicalmente le nostre opinioni sulla natura stessa dello spazio, del tempo e della stessa gravità

Secondo il fisico oggi abbiamo le prove che la teoria della gravità emergente concorda effettivamente con le osservazioni. Su larga scala gravità non si comporta nel modo previsto da Einstein. La teoria della relatività generale di Einstein è elegante e accurata, fa molte previsioni corrette, incluse le onde gravitazionali. Tuttavia, quando ricorriamo alla relatività generale per prevedere il movimento delle galassie, qualcosa non torna.



Per correggere la discrepanza si è risposto inserendo una nuova forma di materia la cosiddetta materia “oscura”. Aggiungendo la giusta quantità di materia alle galassie si accorda teoria e osservazione. 

La materia oscura non sembra composta da quark ed elettroni come la materia ordinaria che conosciamo. Anzi, non sembra essere composto da nessuna delle particelle descritte nel modello standard della fisica delle particelle. I teorici postulano nuove estensioni al Modello Standard, contenenti nuove particelle, dalle quali potrebbe essere prodotta la materia oscura. 

I fisici stanno cercando queste nuove particelle, facendo scontrare fasci di protoni a energie elevatissime al Large Hadron Collider del CERN oppure utilizzando sensibili rilevatori sotterranei per cercare particelle provenienti dallo spazio esterno in grado di interagire debolmente con la materia ordinaria..

Forse potrebbe esistere un altro modo. La relatività generale può essere modificata per fornire una nuova teoria della gravità, in cui i moti delle galassie e la struttura dell’universo sono previsti correttamente, senza la necessità di cercare nuove particelle. Forse anche l’espansione accelerata dell’universo, un altro mistero irrisolto della fisica, può essere spiegata dalla nuova teoria.

Forse la materia oscura è un’illusione, il frutto della nostra ignoranza che svanirà mentre sondiamo più a fondo la natura. I problemi emergono in condizioni estreme: vicino ai buchi neri o nelle prime fasi del Big Bang.

Una nuova teoria della gravità potrebbe spiegare i movimenti delle stelle all’interno delle galassie. La teoria della gravità emergente, come viene chiamata la nuova teoria, predice la stessa identica deviazione dei movimenti che di solito viene spiegata inserendo la materia oscura.

Teoria della gravità emergente: la gravità non è una forza fondamentale della natura

Nel 2010, Verlinde ha stupito il mondo proponendo una teoria della gravità completamente nuova. Secondo Verlinde, la gravità non è una forza fondamentale della natura, ma un fenomeno emergente. La gravità emergerebbe dai cambiamenti di bit fondamentali di informazione, immagazzinati nella struttura dello spaziotempo.

In un articolo pubblicato nel 2010, Verlinde ha mostrato come la seconda legge di Newton, che descrive il moto dei corpi, può essere derivata da questi “bit fondamentali di informazione”.

Dopo aver esteso la teoria, Verlinde mostra come capire i movimenti delle stelle all’interno delle galassie. Le regioni esterne delle galassie ruotano molto più velocemente attorno al centro di quanto possa essere spiegato dalla quantità di materia ordinaria presente. Qualcos’altro deve produrre la quantità necessaria di forza di attrazione gravitazionale, per spiegare la discrepanza i fisici hanno proposto l’esistenza della materia oscura

La materia oscura sembra essere il tipo di materia a predominare nel nostro universo, costituisce oltre l’80% di tutta la materia presente. Finora, le particelle che compongono la materia oscura non sono ancora state rilevate, nonostante i tanti sforzi in atto in molti laboratori sparsi in tutto il mondo.

Secondo Erik Verlinde, non è necessario aggiungere la materia oscura alla teoria. In un nuovo articolo, Verlinde mostra come la sua teoria della gravità predice con precisione le velocità con cui le stelle ruotano attorno al centro delle galassie.

La teoria proposta da Verlinde presenta caratteristiche simili alle teorie della gravità modificate MOND (Modified Newtonian Dynamics). Tuttavia, dove la MOND accorda la teoria in modo che corrisponda alle osservazioni, la teoria della gravità di Verlinde parte dai principi primi.

Il principio olografico

Uno degli ingredienti fondamentali della teoria della gravità di Verlinde è un adattamento del principio olografico, introdotto dal suo tutor Gerard ‘t Hooft (Premio Nobel 1999, Università di Utrecht) e da Leonard Susskind (Università di Stanford). il principio olografico sostiene che le informazioni dell’universo possono essere descritte su una gigantesca sfera immaginaria che lo circonda. 

Verlinde ora mostra che questa idea non è del tutto corretta, in quanto parte dell’informazione presente nel nostro universo è contenuta nello stesso spazio.

Queste informazioni aggiuntive sono fondamentali per descrivere l’altra componente oscura dell’universo: l’energia oscura. Questa sostanza è ritenuta la responsabile dell’espansione accelerata dell’universo che vede le galassie allontanarsi sempre più velocemente con il trascorrere del tempo. Studiando gli effetti di queste informazioni extra sulla materia ordinaria, Verlinde è arrivato a una conclusione sbalorditiva. 

Mentre la gravità ordinaria può essere descritta utilizzando le informazioni sulla sfera immaginaria che circonda l’universo, come ha mostrato nel suo lavoro del 2010, il risultato delle informazioni aggiuntive nella maggior parte dello spazio è una forza che corrisponde perfettamente a quella che oggi viene attribuita alla materia oscura.

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