Einstein è responsabile di gran parte di ciò che sappiamo su come funziona l’universo su macroscala. Le sue teorie della relatività generale e relatività speciale giocano un ruolo importante nel plasmare la nostra comprensione della fisica nel suo insieme, ma la teoria delle stringhe e la fisica quantistica, che sono molto importanti per la discussione che stiamo per avere, erano ancora agli inizi quando Einstein morì.
Da allora, entrambe sono diventate ipotesi pienamente concretizzate, ma ci sono alcuni aspetti di entrambe che non possono essere riconciliati con il lavoro di Einstein. Prima di addentrarci in tutte quelle cose divertenti, cos’è una dimensione e come facciamo a sapere che esistono?
Cominciamo con le tre dimensioni con cui abbiamo a che fare nella nostra vita quotidiana: possono essere riassunte come lunghezza, larghezza e altezza. Una linea retta sarebbe considerata unidimensionale. Ha semplicemente una lunghezza, ma non uno spessore, e può viaggiare per sempre in entrambe le direzioni.
Gli oggetti bidimensionali, ad esempio, qualcosa di piatto come un cerchio o un quadrato, hanno larghezza e altezza, ma non hanno profondità o “spessore”.
Tutto ciò che ha lunghezza, larghezza e altezza è considerato tridimensionale, il tempo, come sappiamo, è una quarta dimensione un po’ più sfuggente… ecco perché il tessuto dell’universo è formalmente chiamato spaziotempo invece del semplice “spazio”.
È qui che entra in gioco la discussione sulla teoria delle stringhe.
Allora, cos’è la teoria delle stringhe?
La fisica tradizionale afferma che l’universo è composto da 3 dimensioni spaziali e una dimensione temporale. L’universo stesso è per lo più vuoto di volume, ma si pensa che ciò che possiamo osservare sia solo circa il 5 percento della “materia totale” (protoni, elettroni, neutroni, quark, ecc.), circa il 27 percento è costituito da qualcosa chiamato materia oscura, mentre il restante 68% è attribuibile a una misteriosa forza sconosciuta che si ritiene stia causando l’espansione dell’universo, nota come energia oscura.
La teoria delle stringhe, nei termini più semplici possibili, ci dice di immaginare che il tessuto stesso dell’universo e tutto ciò che contiene non sia composto da particelle puntiformi, ma piuttosto sia composto da stringhe incomprensibilmente minuscole – molto più piccole anche del più piccolo atomo.
Queste stringhe vibrano alle loro frequenze speciali, il che rende concepibile che ciò che percepiamo come particelle puntiformi in realtà non siano affatto particelle, ma stringhe così piccole che sono “lunghe solo 10^33 centimetri”. Scritto per esteso, sarebbe un punto decimale seguito da 32 zeri e poi un 1. Alcuni hanno teorizzato che la lunghezza di una stringa abbia lo stesso rapporto con il diametro di un protone che il protone ha con il diametro del sistema solare.
Esistono due diversi tipi di queste stringhe: una è aperta e l’altra è chiusa, sebbene entrambe siano troppo piccole per essere osservate dalla tecnologia attuale. Come suggerisce il nome, le stringhe aperte sono come linee ondulate che non toccano le estremità, mentre è vero il contrario per le stringhe chiuse: formano anelli e non hanno estremità aperte.
Tuttavia, affinché la teoria delle stringhe funzioni, la matematica impone che debbano esistere molte dimensioni aggiuntive di spazio e tempo. Se dovessimo trovare prove di queste altre dimensioni, e se il numero di dimensioni extra dovesse variare da 10 a 26, non solo cambierebbe la nostra stessa comprensione della fisica quantistica, ma saremmo un passo avanti verso la creazione di una “teoria” coerente e credibile. di tutto. Una che sarebbe in accordo sia con la fisica quantistica che con la macrofisica, come le forze della natura e la gravità, che non è un’impresa facile.
Come al solito, molti di questi argomenti teorici ruotano intorno al lavoro di Einstein. Ignorare l’idea di Einstein che il tempo potrebbe essere semplicemente un’illusione davvero elaborata, la domanda se potrebbero esserci ulteriori dimensioni del tempo, è forse un’impresa.
Infatti, studiando come le forze fondamentali della natura e le leggi della fisica sono influenzate dal tempo, alcuni astronomi ritengono che inserire almeno una dimensione extra del tempo risolverebbe uno dei più grandi bug cosmologici rimasti.
Vedete, non sappiamo ancora esattamente cosa sia la gravità, o come influenzi completamente la materia visibile e invisibile. La nostra ipotesi migliore, ancora una volta una teoria einsteiniana, afferma che la gravità sia la forza creata dalla deformazione dello spaziotempo.
Più grande è l’oggetto, più deforma lo spazio-tempo attorno ad esso e più forte diventa la sua attrazione gravitazionale. Andrebbe tutto bene se non dovessimo sposare le nostre teorie della gravità con la teoria quantistica, ma lo facciamo, e qui sta il problema.
La nostra attuale comprensione della gravità semplicemente non è coerente con altri elementi della meccanica quantistica. Le restanti forze della natura – la forza elettromagnetica e le forze nucleari forti e deboli – rientrano tutte nella struttura del micro-universo, ma non la gravità. Si spera che forse la teoria delle stringhe possa aiutare a risolvere questo mistero. Almeno un fisico sostiene che il tempo non è semplicemente unidimensionale.
Itzhak Bars, un fisico teorico dell’USC College, ha dichiarato a NewScientist: “Non c’è solo una dimensione del tempo, ce ne sono due. Finora un’intera dimensione è passata del tutto inosservata da noi”.
Ha anche descritto come potrebbero esistere dimensioni extra dello spazio ‘in bella vista’ dicendo: “Le dimensioni extra dello spazio non sono facili da immaginare: nella vita di tutti i giorni, nessuno ne nota mai più di tre. Qualsiasi mossa che fai può essere descritta come la somma di movimenti in tre direzioni: su-giù, avanti e indietro o lateralmente. Allo stesso modo, qualsiasi luogo può essere descritto da tre numeri (sulla Terra, latitudine, longitudine e altitudine), corrispondenti alle tre dimensioni dello spazio”.
“Tuttavia, potrebbero esistere altre dimensioni, che potrebbero essere raggomitolate in piccole palline, troppo piccole per essere notate. Se ti muovessi attraverso una di quelle dimensioni, torneresti al punto di partenza così velocemente che non ti accorgeresti mai di esserti spostato“.
“Potrebbe davvero esserci una dimensione extra di spazio, così piccola che non la vediamo“,
Sei arrivato fino a qui? Congratulazioni. Vale la pena di guadare la conclusione attraverso tutte queste idee complicate.
La fisica sostiene principalmente che il tempo debba essere una dimensione, ma ci sono certamente fisici che credono che il tempo sia solo un costrutto umano. Altri sostengono che debbano esserci più dimensioni del tempo di quanto si credesse in precedenza. Cosa significherebbe per la fisica, se fosse vero?
Bene, per Bars, significherebbe: “Il via libera all’idea del viaggio nel tempo. Se il tempo è unidimensionale, come una linea retta, il percorso che collega passato, presente e futuro è chiaramente definito”.
“L’aggiunta di un’altra dimensione trasformerebbe tempo in un piano bidimensionale, come un foglio di carta piatto. Su un piano del genere, il percorso tra passato e futuro si avvolgerebbe su se stesso, permettendoti di viaggiare avanti e indietro nel tempo. Ciò consentirebbe ogni tipo di assurda situazione, come il famoso paradosso del nonno. In questo scenario, potresti tornare indietro e uccidere tuo nonno prima che tua madre fosse un luccichio nei suoi occhi, impedendo così la tua stessa nascita“.
Il tempo bidimensionale dà l’impressione di essere un non-starter. Eppure nel 1995, quando Bars trovò indizi nella teoria M (una teoria che unifica tutte le versioni coerenti della teoria delle superstringhe) che una dimensione temporale extra è possibile, era determinato a dare un’occhiata più da vicino.
Quando lo fece, Bars scoprì che una struttura matematica chiave comune a tutte e 11 le dimensioni ipotizzate nella teoria M (10 dimensioni dello spazio e 1 del tempo) rimaneva intatta aggiungendo una dimensione extra. “A una condizione“, dice Bars. “La dimensione extra deve essere simile al tempo“.
