- La materia come frammenti di energia
- Dalle particelle all'elettromagnetismo
- Einstein e la relatività
- La nuova teoria di Silverberg e Eischen
- Energia che fluisce attraverso spazio e tempo
- Una concentrazione di energia
- Il frammento di energia
- Einstein e due problemi della fisica
- Problema della precessione
- Problema della flessione
- Risultato finale
Larry M. Silverberg , professore di ingegneria meccanica e aerospaziale, nel North Carolina State University, ha fatto varie e recenti riflessioni sulle tendenze della materia in fisica. Infatti assieme al collega Jeffrey Eischen, in un articolo pubblicato nella rivista “The Conversation“, hanno descritto un modo aggiornato di pensare alla materia.
La materia come frammenti di energia
I fisici propongono che la materia non sia fatta di particelle o onde , come si pensava a lungo, ma più fondamentalmente che sia composta da frammenti di energia .
Gli antichi greci concepivano cinque elementi costitutivi della materia, dal basso verso l’alto, ovvero terra, acqua, aria, fuoco ed etere. L’etere era la materia che riempiva i cieli e spiegava la rotazione delle stelle, osservata dal punto di osservazione della Terra. Questi erano i primi elementi fondamentali da cui si poteva costruire un mondo. Le loro concezioni degli elementi fisici non sono cambiate drasticamente per quasi 2.000 anni.
Dalle particelle all’elettromagnetismo
Poi, circa 300 anni fa, Isaac Newton introdusse l’idea che tutta la materia esiste in punti chiamati particelle. 150 anni dopo, James Clerk Maxwell ha introdotto l’onda elettromagnetica, la forma sottostante e spesso invisibile di magnetismo, elettricità e luce. La particella è servita da elemento costitutivo per la meccanica e l’onda per l’elettromagnetismo, e il pubblico ha optato per la particella e l’onda come i due mattoni della materia. Insieme, le particelle e le onde sono diventate gli elementi costitutivi di tutti i tipi di materia.
Questo era un enorme miglioramento rispetto ai cinque elementi degli antichi greci, ma era ancora imperfetto. In una famosa serie di esperimenti, noti come esperimenti a doppia fenditura , la luce a volte agisce come una particella e altre volte si comporta come un’onda. E mentre le teorie e la matematica delle onde e delle particelle consentono agli scienziati di fare previsioni incredibilmente accurate sull’universo, le regole si rompono alle scale più grandi e più piccole.
Einstein e la relatività
Einstein ha proposto un rimedio nella sua teoria della relatività generale. Utilizzando gli strumenti matematici a sua disposizione all’epoca, Einstein fu in grado di spiegare meglio alcuni fenomeni fisici e anche di risolvere un paradosso di vecchia data relativo all’inerzia e alla gravità . Ma invece di migliorare le particelle o le onde, le ha eliminate proponendo la deformazione dello spazio e del tempo.
La nuova teoria di Silverberg e Eischen
Usando strumenti matematici più recenti, Silverberg e Eischen hanno dimostrato una nuova teoria che può descrivere accuratamente l’universo. Invece di basare la teoria sulla deformazione dello spazio e del tempo, hanno considerato che potrebbe esserci un elemento costitutivo più fondamentale della particella e dell’onda.
Gli scienziati hanno capito che le particelle e le onde sono opposti esistenziali: una particella è una fonte di materia che esiste in un unico punto e le onde esistono ovunque tranne nei punti che le creano. I fisici hanno così pensato che fosse logico che ci fosse una connessione di fondo tra loro.
Energia che fluisce attraverso spazio e tempo
La teoria inizia con una nuova idea fondamentale: l’energia “fluisce” sempre attraverso le regioni dello spazio e del tempo. Si deve pensare all’energia come composta da linee che riempiono una regione di spazio e tempo, fluendo dentro e fuori da quella regione, senza mai iniziare, senza mai finire e senza mai incrociarsi.
Partendo dall’idea di un universo di linee energetiche fluenti, gli studiosi hanno cercato un singolo elemento costitutivo per l’energia fluente. Se si potesse trovare e definire una cosa del genere, i due colleghi speravano di poterla utilizzare per fare previsioni accurate sull’universo dalle scale più grandi alle più piccole.
Una concentrazione di energia
C’erano molti mattoni tra cui scegliere matematicamente, ma ne hanno cercato uno che avesse le caratteristiche sia della particella che dell’onda: concentrato come la particella, ma anche diffuso nello spazio e nel tempo come l’onda.
La risposta è stata un elemento costitutivo che assomiglia a una concentrazione di energia, una specie di stella avente energia che è più alta al centro e che diventa più piccola lontano dal centro.
Il frammento di energia
Con grande sorpresa, Silverberg e Eischen hanno scoperto che c’erano solo un numero limitato di modi per descrivere una concentrazione di energia che scorre. Di questi, ne hanno trovato solo uno che funziona in accordo con la nostra definizione matematica di flusso. Lo hanno chiamato frammento di energia . Per gli appassionati di matematica e fisica, è definito come A = -⍺ / r dove ⍺ è l’intensità e r è la funzione della distanza.
Usando il frammento di energia come elemento costitutivo della materia, sono quindi riusciti a costruire una matematica necessaria per risolvere i problemi di fisica. Il passaggio finale è stato quello di provarlo.
Einstein e due problemi della fisica
Più di 100 anni fa, Einstein si era rivolto a due leggendari problemi di fisica per convalidare la relatività generale: il sempre minimo spostamento annuale, o precessione, nell’orbita di Mercurio e la piccola flessione della luce mentre passa davanti al Sole .
Questi problemi erano ai due estremi dello spettro delle dimensioni. Né le teorie delle onde né delle particelle della materia potrebbero risolverli, ma la relatività generale sì. La teoria della relatività generale deformava lo spazio e il tempo in modo tale da far sì che la traiettoria di Mercurio si spostasse e che la luce si piegasse esattamente nella quantità osservata nelle osservazioni astronomiche.
Se la nuova teoria dei due studiosi avesse la possibilità di sostituire la particella e l’onda con il frammento presumibilmente più fondamentale, si potrebbe essere in grado di risolvere anche questi problemi con la teoria stessa.
Problema della precessione
Per il problema della precessione di Mercurio, i fisici hanno modellato il Sole come un enorme frammento stazionario di energia e Mercurio come un frammento di energia più piccolo ma comunque enorme a movimento lento.
Problema della flessione
Per il problema della flessione della luce, il Sole è stato modellato allo stesso modo, ma il fotone è stato modellato come un minuscolo frammento di energia che si muove alla velocità della luce. In entrambi i problemi, sono state calcolate le traiettorie dei frammenti in movimento e si è ottenuto le stesse risposte di quelle previste dalla teoria della relatività generale. La cosa è sbalorditiva.
Risultato finale
Il loro lavoro iniziale ha dimostrato come un nuovo blocco di costruzione sia in grado di modellare accuratamente i corpi dall’enorme al minuscolo. Dove le particelle e le onde si rompono, il frammento del blocco energetico si mantiene forte. Il frammento potrebbe essere un singolo elemento costitutivo potenzialmente universale da cui modellare la realtà matematicamente e aggiornare il modo in cui le persone pensano agli elementi costitutivi dell’universo.
