di  -  martedì 31 maggio 2011

Bentornati sulle pagine della seconda puntata di questa serie di articoli dedicati alla disquisizione sui temi, e sulle persone, fondanti della fisica moderna. Per chi non avesse letto il primo articolo e quindi non fosse a conoscenza del “manifesto” di questa serie, ne raccomando la lettura reindirizzandovi qui, ricordando l’intento estremamente divulgativo e mirato a solleticarvi la voglia di approfondire e/o studiare in autonomia, per acquisire tutte le conoscenze necessarie ad avere un quadro completo della materia.

Oggi cominceremo a parlare della teoria delle stringhe attraverso uno dei più bravi ed importanti divulgatori che abbia avuto occasione di leggere: Brian Greene. Professore della Columbia University fin dal 1996, Greene è uno dei più solidi sostenitori di quella teoria che, a partire dalla seconda metà del secolo scorso, ha avuto un successo esponenziale soprattutto grazie a quell’obiettivo che pare essere in grado di raggiungere, ossia la possibilità di riunire sotto un’unica “voce” una spiegazione matematicamente precisa di tutto ciò che fa parte di questo universo.

Attualmente  impegnato nello studio e nello sviluppo di questa teoria, non disdegna anche delle apparizioni in tv nei vari talk show serali americani, dove oltre a pubblicizzare i suoi splendidi libri, cerca sempre di trasmettere la sua passione per la matematica e la fisica. Sono note anche delle collaborazioni nella stesura di varie sceneggiature di alcuni recenti film di fantascienza, ma è certamente nella scrittura che il Professore eccelle su tutti, sia per la facilità con cui tratta argomenti di una difficoltà estrema sia per l’ardore che ogni pagina trasmette, soprattutto a chi, come me, si avvicina alla fisica in autonomia senza passare da alcun corso di laurea e senza un background matematico adeguato alla complessità delle equazioni in gioco.

Il suo autentico capolavoro è senza dubbio “L’Universo Elegante”, scritto sul finire degli anni ’90, che rappresenta un viaggio attraverso tutta la fisica del ‘900, dalla Relatività di Einstein alla Meccanica Quantistica fino ad arrivare appunto alla teoria delle stringhe. Un libro consigliatissimo anche a chi non mastica fisica quotidianamente, contiene tutte le nozioni di base che possono aprire gli occhi verso questa materia ed invogliare a proseguire oltre, verso tematiche sempre più difficili. Ho avuto modo di apprezzare molto anche “La Trama del Cosmo”, un libro per certi versi simile al precedente ma forse un po’ più completo e complesso, che evolve nel linguaggio e nella profondità degli argomenti fornendo un quadro più completo di ciò che potrebbe essere il nostro universo e quali siano le leggi che lo regolano nel profondo, sia sulla base delle conoscenze attuali che sulla base delle teorie più nuove e speculative.

Scrivere e divulgare delle stringhe in maniera esaustiva e nello spazio concesso dallo strumento “blog” è pura utopia, in quanto la complessità ed i risvolti di ogni anfratto della teoria sono così vasti che non a caso si scrivono interi libri sulla materia e, non ultimo, si tratta di qualcosa ancora in evoluzione e di certo ancora distante dall’obiettivo di essere insignita del prestigioso “marchio” TOE (Theory of Everything). Cercheremo quindi di affrontare per sommi capi la teoria, cercando di capire per prima cosa da quale esigenza è nata e perché il suo successo è letteralmente esploso fin dai primi istanti di vita (pur trovando lungo la sua strada numerosi ostacoli e periodi di “morta”), ma soprattutto spero possiate apprezzare l’elegante quanto semplice principio di fondo che la rende concettualmente facile da comprendere.

Non posso fare altro che spiegarvi la teoria come io l’ho capita e digerita, principalmente per mezzo dei libri del magnifico autore oggetto di questo articolo. Certamente vi farà piacere sapere che l’impulso iniziale che ha dato il via alla teoria delle stringhe fu di un fisico italiano, tale Gabriele Veneziano, il quale nel 1968 durante i suoi studi, focalizzati sull’ interazione forte tra le particelle elementari, scoprì quasi per caso che una funzione matematica nata quasi 200 anni prima per tutt’altri scopi, la funzione Beta di Eulero, poteva essere usata per descrivere il comportamento di una serie di particelle elementari quali ad esempio i quark oggetti del suo studio (ricordo che l’interazione forte è una delle 4 forze fondamentali, che nello specifico si manifesta per tenere “uniti” i protoni ed i neutroni nel nucleo ed ancora i quark, attraverso la particella mediatrice Gluone, per formare singolarmente proprio neutroni e protoni).

Al di là della particolare coincidenza (non è strano che una funzione nata per lo studio di curve geometriche abbia la precisione di spiegare le interazioni tra particelle?), l’intuizione più importante fu la seguente: se tutte le particelle elementari anziché essere considerate puntiformi avessero un’estensione dimensionale nello spazio, allora attraverso la funzione beta molte interazioni sarebbero spiegabili con molto facilità e precisione.

Ricordo che quando venni a conoscenza di questa ipotesi, ero comodamente sotto l’ombrellone di una spiaggia in costa azzurra, e mentre mia moglie faceva allegramente il bagno nelle cristalline acque francesi, io ebbi un sussulto quasi un’illuminazione fulminante: fino a quel momento infatti, avevo letto e studiato solo del Modello Standard e delle comuni interazioni tra particelle puntiformi, e mai avrei sognato che potesse esistere qualcosa che fosse in netto contrasto con l’assunto delle particelle prive di struttura ed estensione.

In cuor mio ho sempre faticato, forse a ragione, ad accettare i concetti di “infinito”, sia piccolo che grande, in un qualcosa di concreto: è accettabile matematicamente, ma l’idea che la materia sia composta da particelle senza alcuna estensione nello spazio mi ha sempre silenziosamente turbato. Chi ha un po’ di familiarità con la fisica, sa benissimo che fin dall’inizio si impara che la Relatività Generale e la Meccanica Quantistica sono le due teorie fondanti del ‘900 e che rappresentano il meglio che abbiamo a disposizione per spiegare l’infinitamente “Grande” e l’infinitamente “Piccolo”.

Sappiamo bene anche che, una delle missioni di molti fisici del secolo scorso, è stata quella di trovare un punto di contatto tra le due teorie (la sfuggente gravità quantistica) che di fatto risultano estremamente incompatibili tra loro: fintanto che entrambe restano nel loro ambito di utilizzo va tutto bene, ma se cerchiamo di inserire, ad esempio, le leggi di gravitazione di Einstein alle particelle elementari o, viceversa, le interazioni quantomeccaniche ai corpi di grandi dimensioni, quello che otteniamo è una serie di risultati inconsistenti ed incoerenti, segno di come l’intero modello non sia adatto a spiegare coerentemente e con precisione il nostro universo, ma che vi sia piuttosto la necessità di trovare una teoria in grado di mettere fine a questa grande “guerra”.

Dal mio punto di vista, se mi posso permettere, usare particelle puntiformi è molto pratico a livello matematico, ma purtroppo quando si scende a studiare dei fenomeni a scale estremamente piccole (alla lunghezza di Planck, cioè intono ai 10^-33 metri, che è considerata la più piccola fisicamente concepibile) le cose si complicano parecchio, anche perché di fatto matematicamente si può andare avanti all’infinito, mentre nella pratica, principalmente a causa delle violente fluttuazioni quantistiche che si verificano a quel livello, le cose si complicano parecchio e l’inserimento della gravità fa andare completamente fuori controllo le equazioni del modello standard. Se più di mezzo secolo di studi e le migliori menti non hanno ancora trovato una soddisfacente teoria per la gravità quantistica un motivo ci sarà, e questa ragione potrebbe essere proprio scritta nelle fondamenta della teoria delle stringhe.

Qual è quindi questa mirabile nozione in grado di cambiare radicalmente il mondo di pensare la fisica della particelle? Sono certo che l’abbiate già intuito, anche perché in parte lo abbiamo già accennato: le particelle elementari, e come conseguenza tutta la materia e l’energia che costituiscono l’universo, sono composte nella loro struttura ultima da stringhe, ossia da filamenti provvisti di un’estensione spaziale ben definita (che rientra nell’ordine di grandezza della scala di Planck). Esiste quindi un limite fisico invalicabile, oltre quale può andare solo la matematica ma non la realtà delle cose, perché tutta la materia e l’energia sono un collage di stringhe che conferiscono a tutte le particelle un’esistenza ed una consistenza fisica reale.

Questo fatto da solo permette di eliminare sul nascere tutti i problemi legati alle particelle puntiformi, e ci permette di dare risposte alle insolute domande sul cosa succede a scale così piccole: banalizzando un po’, possiamo dire che al di sotto della scala di Planck non succede nulla di interessante (o meglio, nulla che abbia interesse diretto con le interazioni tra le particelle elementari) semplicemente perché al di sotto di quella soglia non esiste alcunché, ed anche se le violente fluttuazioni quantistiche continuassero ad esistere non potrebbero avere effetti sulla dinamica delle particelle. La teoria delle stringhe non risponde ai quesiti insoluti della Fisica con una risposta puntuale, ma propone un ribaltamento di prospettiva che non dà ragione di esistere a quei quesiti stessi! Non pensate anche voi che sia semplicemente fantastico?

Ma che cosa sono veramente le stringhe? E come fanno a “formare” tutte le particelle elementari che di cui siamo a conoscenza? Dobbiamo infatti stare attenti a non commettere l’errore di credere che questa teoria voglia sostituire il Modello Standard, che anzi rimane vivo e vegeto con tutte le particelle e le loro proprietà che fanno parte del suo corredo, anche perché in ogni caso è un modello estremamente preciso ed adatto a coprire un vasto range di situazioni, guadagnato con molti anni di studi e ricerche dei più importanti fisici al mondo. Le stringhe sono niente altro che dei filamenti, che possono avere da due a più dimensioni (approfondiremo meglio nella prossima puntate le n-brane, ossia le stringhe multidimensionali) dotate di un’estensione estremamente ridotta, per intenderci circa miliardi di miliardi di volte più piccoli di un nucleo atomico, ma dotate di una tensione incredibile: ogni stringa può essere sottoposta 10^39 tonnellate!

Le forme possono essere varie, così come ne esistono di aperte e di chiuse, ma la loro vera peculiarità è che, grazie alla loro tensione ed alla enorme energia che accumulano, vibrano come le corde di un violino. Ogni stringa, come conseguenza della sua forma e della tensione, vibra in una maniera diversa dalle altre, producendo quello che è assimilabile alla nota emessa da una corda di un qualsiasi strumento musicale, proprio in relazione alla tensione. La differenza è che le stringhe vibrando non producono musica, ma danno vita alle particelle elementari descritte dal Modello Standard: ogni singola proprietà di ogni singola particella, come ad esempio la massa, la carica elettrica, lo spin e tutto il resto è il risultato di un preciso modo di vibrazione delle stringhe di cui essa è composta. Le stringhe interagiscono tra di loro dando vita a nuove stringhe con modi di vibrazioni differenti, che a sua volta si riflettono in particelle che macroscopicamente (dal punto di vista delle stringhe!) risultano differenti per svariate proprietà, ma che nella sostanza sono fatte dello stesso componente primario.

Uno dei vantaggi principali di questa nuova concezione risiede nel fatto che, a differenza del Modello Standard dove molte particelle esistono con determinate proprietà solamente perché, o grazie alle osservazioni sperimentali o per la necessità di far quadrare i calcoli, devono essere così senza un’apparente spiegazione (ad esempio, perché l’elettrone ha proprio quella massa? E perché il fotone ha proprio spin pari a 1? Tutte domande alla quale la teoria convenzionale non dà risposte, ma si limita ad inserirvi determinati valori perché necessari).

Nella teoria delle stringhe invece, tutto salta fuori in maniera naturale come conseguenza della teoria stessa: è dimostrato dai calcoli, che esistono modi di vibrazione che danno vita a particelle con massa e proprietà varie, uguali a quelle note (famoso è l’esempio del gravitone, che con il suo spin pari a 2 è stata tra le prime particelle per le quali fu trovato un modo di vibrazione compatibile, ed essendo tra l’altro la particella mediatrice della gravità, le speranze di trovare una teoria quantistica della gravitazione proprio grazie alle stringhe fu presa sempre in maggior considerazione) e non perché sia necessario per far tornare i risultati delle equazioni, ma semplicemente perché risultano naturalmente integrate nella teoria, e non esistono più numeri “magici” ma solamente valori ben definiti per le principali proprietà delle principali particelle note.

La teoria delle stringhe ci propone quindi una visione da un punto di vista differente, grazie al quale molti dei problemi che prima ci parevano insormontabili, ora ci appaiono o come di facile soluzione o come problemi che non hanno ragion d’essere. Pensiamo ad esempio al Big Bang: uno dei problemi che i fisici hanno da sempre avuto, è stato quello di capire che cosa è successo andando sempre più indietro nel tempo, perché di fatto si tratta di “lavorare” con un universo sempre più caldo e sempre più piccolo, fino al raggiungimento della singolarità in cui l’intero cosmo è racchiuso in un’ “entità” puntiforme senza dimensioni e con una temperatura potenzialmente infinita.

Come abbiamo già capito, queste situazioni creano non pochi grattacapi quando gli si applicano le equazioni della relatività e della quantistica, in quanto a livello pratico gli “infiniti” non sono mai un buon risultato, ma le stringhe ci vengono in soccorso con un’evidenza quasi disarmante per la sua immediatezza: non c’è nessuna singolarità, in quanto per piccolo che possa essere stato l’universo alla sua nascita, sicuramente avrà avuto una dimensione spaziale ben definita e non inferiore alla scala di Planck, così come una temperatura probabilmente “finita”. E lo stesso discorso vale anche per i buchi neri, le cui singolarità sono un da sempre un grosso cruccio per la fisica teorica. Dopo questa breve infarinatura, sono certo che vi siano ben chiari i motivi per i quali molti fisici ripongano moltissime speranze in questa teoria, e soprattutto perché è la miglior candidata ad essere la teoria del tutto.

Ma la storia delle stringhe non è sempre stata così in discesa, e nella prossima puntata vedremo proprio come questa si è evoluta negli anni, da semplice intuizione fino ad arrivare alla M-Teoria ed alla seconda rivoluzione delle superstringhe. Parleremo inoltre di un altro punto cruciale ed estremamente interessante, e cioè quello delle dimensioni extra (precisamente 11) e dei “particolari” spazi di Calabi Yau, di cui è composto il nostro universo. Parleremo delle brane e del perché abbiamo l’impressione di vivere “solo” in 3 dimensioni, ed ancora di come gli esperimenti del mitico CERN siano così importanti per trovare prove sperimentali a questa teoria. Il contributo di Greene alla teoria delle stringhe non si ferma solo alla sua divulgazione, ma sono bene noti numerosi suoi studi sui fondamentali spazi di Calabi Yau e sulle possibilità di trasformazione da uno spazio all’altro, nonché sulle ricerche riguardanti gli strappi della trama dello spaziotempo.

Una prova certa e sperimentale della veridicità delle stringhe ancora non esiste, e molte speranze sono riposte nell’acceleratore di particelle costruito al CERN, dove sono già in corso esperimenti dai quali risultati si potrà certamente ricavare qualcosa di utile. Al momento purtroppo, i risultati del primo anno di collisioni non sono stati generosi con la teoria, in quanto i primi tentativi sono falliti (vedi la creazione di mini buchi neri o l’osservazione della supersimmetria), ma essendo le stringhe così piccole da non poter mai essere osservate direttamente (almeno non con le energia che abbiamo a disposizione oggi, domani chi lo sa), la loro ricerca indiretta è sicuramente irta di molti ostacoli, difficoltà ed errori di osservazione o di calcolo, benché in ogni caso io rimanga fiducioso e  speranzoso che qualche traccia prima o poi possa davvero saltare all’occhio dei fisici.

Questa puntata si conclude qui, spero di aver solleticato il vostro palato e la vostra bocca affamata di conoscenza, e sono certo che nei prossimi articoli troverete risposte a questioni ancora più interessanti, per cui il mio invito è di non perdere di vista queste pagine, e di scrivere cosa ne pensate di una teoria così interessante che ha avuto il coraggio di vedere due secoli di Fisica da un punto di vista semplicemente differente, stravolgendola nella sostanza più intima.

37 Commenti »

I commenti inseriti dai lettori di AppuntiDigitali non sono oggetto di moderazione preventiva, ma solo di eventuale filtro antispam. Qualora si ravvisi un contenuto non consono (offensivo o diffamatorio) si prega di contattare l'amministrazione di Appunti Digitali all'indirizzo info@appuntidigitali.it, specificando quale sia il commento in oggetto.

  • # 1
    arkanoid
     scrive: 

    Ho letto anch’io i suoi libri, e l’idea che mi sono fatto è che sia una branca della scienza che lucra un po’ troppo su basi speculative, se è vero che si “autogiustifica”, ci sono troppi parametri esterni che devono essere scelti arbitrariamente perchè la teoria sia consistente, uno su tutti la costante di accoppiamento di stringa, come la definisce lui nei suoi testi.
    Anche la fusione delle varie teorie in un’unica teoria dipende da esse e da altri parametri, non so, può essere un’intuizione geniale ma la reputo piuttosto un artificio matematico in grado di attenere risultati più congruenti alla realtà dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande piuttosto che una teoria che “spieghi” come sono fatte le cose, cosa c’è nella materia. Mi rifiuto abbastanza di credere che ci sia qualcosa di fisico dietro.

  • # 2
    engharat
     scrive: 

    Da quel che ho capito leggendo 1 pò da un libro(Universo senza stringhe) e documentandomi su internet, la teoria delle stringhe è tanto belle quanto indimostrabile, o, per meglio dire, non fa previsioni, cioè non è verificabile, nè smentibile (correggetemi se sbaglio).
    Negli ultimi 30 anni la maggior parte dei fisici teorici si sono buttati sulle stringhe, senza cavare 1 ragno da 1 buco, sperimentalmente parlando.
    Negli ultimi tempi è una teoria che stanno abbandonando 1 pò tutti, ci si muove verso teorie meno belle matematicamente ma smentibili/verificabili.

  • # 3
    arkanoid
     scrive: 

    In realtà la teoria delle stringhe non è una teoria, ma un insieme di teorie nate forse negli anni 60, e presto morte. In seguito all’introduzione di nuovi concetti e nuovi formalismi matematici che potevano giovare dell’apporto dei computer, la teoria è tornata in auge tra gli anni 80 e gli anni 90, per poi cadere ancora in una latitanza per un altro decennio. Ci fu una nuova seconda rivoluzione intorno al 2000 quando si ipotizzò che varie teorie apparentemente separate ed incompatibili potevano essere viste come versioni della stessa teoria ottenute utilizzando delle costanti arbitrarie apposite.
    Non entro maggiormente nel tecnico perchè i libri di greene sono divulgativi e non c’è niente di matematico dentro, per cui non ne so di più.
    Anche la stessa necessità di avere un univerno ennedimensionale non ha basi fisiche, ma puramente matematiche, necessarie per poter trovare soluzione a delle equazioni. Così pure gli spazi di calabi yau sono formalismi matematici che permettono la soluzione di quelle equazioni.
    Sembra agli occhi di un profano che si stia tirando avanti da decenni una teoria che fa della ricerca di scappatoie matematiche l’unica strada percorribile.
    In realtà di previsioni questa teoria ne fa eccome, se no sarebbe già stata cassata da un pezzo, il guaio è che le previsioni non nascono da osservazioni sperimentali o da risultati intrinseci, ma dall’introduzione come dati di base di numeri senza apparente giustificazione.
    Ora, è da capire se i risultati corretti sono frutto di una teoria sfiluppata apposta per ottenerli oppure se la complessità raggiunta permetta senza intervento finalizzato al risultato l’ottenimento di risultati che combaciano con i risultati sperimentali.
    Ad esempio sono previste delle particelle che in realtà non esistono, ma le masse e le cariche delle particelle del modello standard concordano con i risultati teorico, solo se si parte da dati di partenza inseriti ad hoc. Non è come dire che puoi calcolare la velocità di un grave nel vuoto se inserisci la corretta accelerazione gravitazionale, perchè quella è ua grandezza che ti fornisce la natura. In questo caso è come se l’accelerazione gravitazionale dovessi inserirla tu a tua scelta fintanto che ottiemi la corretta cenlocità di caduta.

  • # 4
    engharat
     scrive: 

    eh ma così si possono produrre infinite teorie che concordino con i risultati finora ottenuti…eheh!creo una teoria, metto le N variabili che mi servono, e setto tali variabili a valori tali che la teoria mi sputa fuori la costante di gravitazione universale, e quant’ altro.
    Il punto è che l’ universo di tale metodo di “indagine” sembra fregarsene altamente :D

  • # 5
    ECCE ALIEN
     scrive: 

    Esiste solo quel che ha consistenza evidenziabile, non esiste il nulla, il vuoto assoluto, lo spirito: la creazione sarebbe una generazione dal nulla, ergo non è, esattamente come un creatore non esiste perchè non può esistere. L’universo non è nel tempo, non è nello spazio, non è nel nulla, non è che (cioè è, solo) se stesso, l’esistente contenuto solo in se stesso, infinito, da sempre e per sempre tale. Usando un microscopio logico, potremmo suddividere qualsiasi corpo materiale, qualsiasi particella dotata di massa, sempre in frammenti più piccoli, fino ad arrivare a frammenti non più divisibili, veri atomi; a quelle dimensioni la massa non è più stabile, ma continuamente degenera in energia per tornare poi massa. Se la massa minima osservabile la chiamo gravitino, il tempo richiesto dalla sua trasformazione in energia, e viceversa, sarà l’unità di tempo elementare: miliardi di miliardi di volte più breve di un secondo. Tutta la massa dell’universo degenera sempre in energia e subito ritorna massa, noi compresi, ma non ce ne possiamo accorgere. Degenerando in energia, il gravitino scompare, come una bolla di sapone che scoppi: subito lo spazio occupa il volume prima occupato dalla particella, ma subito dopo il gravitino ricomparendo rioccupa il suo volume, estromettendovi lo spazio: ne conseguono in continua alternanza depressioni e pressioni dello spazio, che si manifestano come onde a fronte di propagazione sferico, che alla velocità limite si espandono nello spazio (come sfere in espansione); ma sul fronte sferico di espansione la fase positiva dell’onda degenera in spazio, non potendo manifestarsi alcuna accelerazione (che altrimenti farebbe superare al fronte di propagazione la velocità limite, il che non è possibile), mentre la fase negativa dell’onda è libera di manifestarsi, decelerando per una minima unità di tempo la velocità limite del fronte di propagazione. E così qualsiasi altro gravitino raggiunto dal fronte d’onda risuonerà in fase negativa, e solo in quella, con la vibrazione emessa dal gravitino di partenza: vibrerà cioè miliardi di miliardi di volte solo negativamente, ricevendo quindi una enorme quantità di minuscole spinte in direzione della sorgente dell’onda: Ecco quindi spiegato in cosa consiste la forza di gravità, innumerevoli piccolissime spinte sempre nella stessa direzione. Un corpo è però composto da un enorme numero di gravitini, e questo spiega come la gravità sia proporzionale alla sua massa. Tutti i gravitini di un corpo emettono l’onda gravitazionale in sinergia e nella medesima fase: più corpi contenuti nel medesimo volume di spazio si comportano come un unico ammasso gravitazionale nei confronti di altri corpi lontani da esso. Lo spazio è una delle tre forme della materia: Spazio, Massa, Energia, ciascuna trasformabile nelle altre due secondo precisi rapporti. Al momento del big bang l’universo si era ormai trasformato praticamente tutto in solo spazio: in un istante lo spazio immenso assorbì anche l’ultimo rimasuglio di massa, superando così la sua soglia di equilibrio: all’istante esso si contrasse in un punto e si ritrasformò in materia, quella materia che oggi è l’universo in espansione, fatto di spazio, massa, energia. Insomma, un modo come un altro per spiegare come possono andare le cose. Una volta il prete ti raccontava la favola del Dio creatore, oggi lo scienziato ti racconta quella del big bang, allora questa sarebbe la mia favola stringa, e se avete creduto persino ai preti, potrete credere a qualsiasi cosa, anche alla più stupida, persino a me.

  • # 6
    Antonio Barba
     scrive: 

    @ECCE ALIEN: affascinante teoria :-)

  • # 7
    cerbonim
     scrive: 

    per ECCE ALIEN :la tua teoria e’ incredibile e mi piace molto!!!!!

  • # 8
    banryu
     scrive: 

    @ECCE ALIEN: grazie per aver condiviso questa speculazione (bellissima, secondo me), ma da dove viene? Hai una fonte, o sei tu la fonte (scusa il gioco di parole, eheh)?

  • # 9
    alex74
     scrive: 

    Secondo me dovreste leggere “l’universo senza stringhe” di Lee Smolin. 400 pagine tra stringhe, supergravita’, supersimmetria, gravita’ quantistica a loop, etc.. un must assoluto da avere.

  • # 10
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Le energie in gioco quando si parla di stringhe sono troppo elevate, per cui è molto difficile che la teoria si possa provare sperimentalmente.

    Personalmente la teoria delle stringhe non mi piace per tre motivi. Il primo è che si tratta di un modello matematico che trovo “asettico”, non derivante dalla realtà sperimentale, ma nato per giustificare l’esistente sulla base di un insieme di formule create ad hoc.

    Il secondo è che se le stringhe possono suddividersi indefinitamente, l’infinito che era uscito dalla porta rientra dal portone. Se le stringhe sono “finite”, non dovrebbero potersi dividere in maniera indefinita, insomma.

    Il terzo, infine, è dovuto alla presenza del gravitone. Se è vero che la gravità agisce su qualunque particella dell’universo (in base alle distanza, ovviamente), quanti gravitoni esistono? Tanti quanti le particelle dell’universo? E a quale velocità “viaggiano”?

    Sono cose che mi fanno storcere il naso.

  • # 11
    alex74
     scrive: 

    @Cesare Di Mauro non capisco dove vedi il rapporto tra estensione (teoricamente) infinita della forza gravitazionale e numero di gravitoni, puoi spiegare meglio?

  • # 12
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Il rapporto sta nel fatto che il gravitone è la particella responsabile della “trasmissione” della gravità fra particelle. E siccome la gravità è una forza che agisce su tutte le particelle, vuol dire che dev’esserci uno scambio di gravitoni fra di esse, per quanto distanti possano essere.

    Non so se sono stato chiaro.

  • # 13
    alex74
     scrive: 

    si’ ho capito grazie, ma in un ottica di superstringhe si parla di un universo multidimensionale a 9 dimensioni spaziali, quindi (correggetemi se sbaglio) non credo sia corretto pensare all'(ipotetico) gravitone come particella mediatrice che debba/possa operare solo in regime di distanze 3dimensionali (senza contare poi che le distanze spaziali non bisogna considerarle in termini di geometria euclidea “fissa” ma in termini di “geometria dinamica” come relativita’ vuole).

  • # 14
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Ma la gravità è legata alla distanza tridimensionale: è inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra due “punti”. Quindi lo spazio tridimensionale deve pur avere un ruolo anche nella teoria delle stringhe.

    Comunque mi fermo qui, perché la fisica non è il mio campo, per cui non vorrei dire delle bestialità (se non ne avessi dette già abbastanza :D).

  • # 15
    Antonio Barba
     scrive: 

    Nemmeno io sono un fisico ma potrei ribattere il discorso del gravitone tirando in ballo la stessa identica osservazione, fatta però con i campi elettromagnetici.

    Se è vero che tutti i corpi carichi interagiscono tra loro, e che l’interazione è mediata dal fotone per quanto distanti esse siano le particelle cariche, allora quanti fotoni ci vogliono per farle interagire tutte? :-)

    Se ci bastano i fotoni, allora ci bastano anche i gravitoni :)

  • # 16
    Antonio Barba
     scrive: 

    sorry ho scritto in DISitaliano per l’orario e l’evidente stato di offuscamento morfeico… notte :-D

  • # 17
    Cesare Di Mauro
     scrive: 

    Se è così, concettualmente gravitone e fotone sullo stesso piano, Ma il mio mal di pancia non sparisce. :P

  • # 18
    Fabio Bonomo (Autore del post)
     scrive: 

    Condivido in parte le tue considerazioni Cesare, però devo dire che quello che trovo fantastico di questa teoria è che in effetti da’ alla fisica della particelle un’esistenza “concreta” differentemente da tutte le altre: il mondo che noi siamo abituati a vedere è fatto di cose materiali e tangibili, pertanto una teoria come il modello standard, straordinariamente preciso nelle sue previsioni, non lo vedo adatto nel suo profondo perché ci dice che tutta la materia è fatta da costituenti che di fatto non hanno un’esistenza materiale. Le stringhe invece, con la loro esistenza “reale” le trovo personalmente più adatte a descrivere in modo veritiero la materia e le sue interazioni.

    Riguardo gravitoni & Co sono d’accordo con Antonio, praticamene ogni particella mediatrice di qualcosa è presente in un numero incredibile, e non trovo così difficile pensare che possa essere possibile…

    In definitiva, credo che in ogni caso siamo ancora un po’ distanti dal capire come funzioni davvero l’universo, perché ho come l’impressione che ci sfugga la visione d’insieme: i nostri modelli sono ottimi e precisissimi, ma nessuno di loro ancora ci spiega un qualche perché. E’ come un bambino che non è mai uscito dal proprio “paesello”, conoscitore perfetto di quello che lui considera il suo universo, ma sicuramente estraneo alla visione globale della città che gli sta a pochi km!

  • # 19
    BrightSoul
     scrive: 

    Bravio Fabio, il tuo articolo è molto interessante e ben scritto :) Volevo segnalare che da “L’universo elegante” di Brian Green è stato tratto un adattamento televisivo. Online lo trovate, è stato comprensibile anche per me che sono un profano.

    Volevo chiedervi: conoscete la teoria “E8″ di Garrett Lisi? Come viene recepita la sua teoria nel panorama scientifico, essendo egli un “outsider” della fisica teorica. Mi piacerebbe leggere un articolo in merito. Intanto linko un suo speech @ Ted.

    http://www.ted.com/talks/garrett_lisi_on_his_theory_of_everything.html

  • # 20
    alex74
     scrive: 

    @Fabio “come il modello standard, straordinariamente preciso nelle sue previsioni, non lo vedo adatto nel suo profondo perché ci dice che tutta la materia è fatta da costituenti che di fatto non hanno un’esistenza materiale. Le stringhe invece, con la loro esistenza “reale” le trovo personalmente più adatte a descrivere in modo veritiero la materia e le sue interazioni.”

    Ehhmm, sicuro di aver capito modello standard e teoria delle (super)stringhe?

  • # 21
    JB
     scrive: 

    Suggerisco all’autore dell’articolo di leggersi anche il libro “L’Universo Senza Stringhe” Di Lee Smolin (Einaudi)

  • # 22
    Fabio Bonomo (Autore del post)
     scrive: 

    @JB Ho visto che l’avete nominato in tanti, quindi direi proprio che una lettura potrebbe essere molto interessante… grazie!

  • # 23
    Eleonora Presani
     scrive: 

    Io vi consiglio invece di leggere il libro “Not Even Wrong” di Peter Woit. Difficile da seguire per chi non ha una base di fisica, ma almeno parla di cose tangibili invece che di universi a dimensioni compattificate e quant’altro… Le superstringhe non sono nemmeno una vera teoria, come ha detto arkanoid, ma un insieme di “scuse” (mi piace citare Feynman…) Trovo veramente incredibile che si parli ancora di teoria delle stringhe visto che dopo quasi 30 anni di tentativi, non solo non è riuscita a dimostrare nulla di quello che sperava di fare (teoria del tutto, gravità quantistica, per non parlare dell’impacciato tentativo di calcolare la costante cosmologica, sbagliandola di 10^60… la peggior predizione che la storia della scienza abbia mai affrontato), ma non riesce nemmeno a riprodurre i successi più di base del Modello Standard, come le particelle elementari o le forze fondamentali….

    La “teoria” delle stringhe si trova ad affrontare infiniti sopra infiniti, non potendo applicare nessuno dei metodi di re-normalizzazione che la hanno cosi successo in field theory. Non riescono nemmeno a calcolare le componenti di espansione delle serie (ultimamente un matematico di Harvad è riuscito a calcolare il terzo elemento). Hanno gioito nell’osservare che i primi 3 elementi sono finiti, senza considerare che ci sono infiniti elementi, e quindi, anche se tutti fossero finiti, la serie sarebbe comunque divergente.

    Insomma, per quanto stimi molto Brian Greene da un punto di vista delle sue capacità divulgative, penso che stia puntando di gran lunga sul cavallo sbagliato (un cavallo che non è nemmeno un cavallo), e credo che chi ha intenzione di avvicinarsi alla fisica debba stare ben lontano dalle superstringhe….

  • # 24
    Mario
     scrive: 

    Un grazie per gli interessanti articoli a Fabio Bonomo che qui scrive:[…] I nostri modelli sono ottimi e precisissimi, ma nessuno di loro ancora ci spiega un qualche perché. Io credo che la Scienza in generale e la Fisica, in questo caso, hanno il compito immane e straordinario di tentare di spiegare all’Umanità soltanto alcuni aspetti: il “Quando” è avvenuto un fenomeno e il “Come” è avvenuto. Se ci riferissimo per esempio al Big Bang, la Scienza deve dire quando è accaduto e come è accaduto, spiegandoci nel dettaglio le interazioni avvenute e a quali leggi hanno ubbidito e magari riprodurre l’accaduto. Rimane da capire il “Perché” è avvenuto. Comprendere il “perchè” è avvenuto qualsiasi fenomeno non è compito della Scienza spiegarlo. Questo compito è affidato alla sensibilità e alla visione delle cose che ogni essere umano si è fatto nel corso del suo divenire.

  • # 25
    Marco
     scrive: 

    Ciao a tutti, se volete approfondire questi argomenti vi consiglio questi video:

    http://www.youtube.com/watch?v=yBttxspqKpc

    http://www.youtube.com/watch?v=8wKl2yxNdlc

    http://www.youtube.com/watch?v=sNroHvF3o34

    Sono veramente fatti bene :-)

  • # 26
    Lorenzo
     scrive: 

    @Ele. Quasi tutto giusto, se non che il problema della costante cosmologica è un po’ più complicato di così. Diciamo che la presenza di un numero di “vuoti”, 10^500, possibili, alcuni di questi con i valori della costante cosmologica ragionevoli ha riportato in auge il principio antropico (discusso da Susskind in qualche suo libro, credo), ossia che la teoria è quello che è, cioè con un numero sconsiderato di possibili valori di costanti d’accoppiamento di bassa energia, che l’universo sia costituito di tante bollicine (piccine piccine o grandi quanto l’universo osservabile) e che noi vediamo questi valori perchè non potremmo esistere in una bollicina di universo con valori diversi, ad esempio una costante cosmologica molto grande. Questa, onestamente, è una degenerazione, per come la vedo, ma è in qualche modo accettata dalla comunità come un possibile punto di vista. A parte queste amenità, ha portato tante altre cose utili. Non è così grigia come la fa Woit. Non è tutto rosa e fiori come la fanno Greene e gli altri, nel senso che mi sembra onesto dire che, ad oggi, le superstringhe ancora non sono una teoria, tantomeno una che spieghi il mondo osservabile in modo incontrovertibile. Ma è una fucina di idee che vanno ad arricchire altri campi, su tutte la corrispondenza AdS/CFT. Comunque il premio per la miglior critica alla teoria delle stringhe, secondo me, non è per Feynman e la produzione di scuse, ma ‘t Hooft e le sedie (“Imagine that I give you a chair, while explaining that the legs are still missing, and that the seat, back and armrest will perhaps be delivered soon; whatever I did give you, can I still call it a chair?”).

  • # 27
    banryu
     scrive: 

    “Imagine that I give you a chair, while explaining that the legs are still missing, and that the seat, back and armrest will perhaps be delivered soon; whatever I did give you, can I still call it a chair?”

    Lol, a me questo sembra “marketing”!

  • # 28
    Lorenzo
     scrive: 

    @banryu Diciamo che è una delle “accuse” rivolte alle stringhe. Grandi proclami (di essere LA soluzione) non supportati così adeguatamente come si dovrebbe. Ma è un problema di tutta la scienza di oggi, direi: si ragiona in termini sempre più economici (nel senso del marketing, del risultato di impatto immediato, anche mediatico) che scientifici (ossia di scoprire come le cose sono fatte davvero). Se si ragionasse in termini scientifici, forse le stringhe non avrebbero la diffusione che hanno (fermo restando che secondo me hanno tutta una loro importanza). In ogni caso, che io sappia, l’analisi di Woit si potrebbe applicare a quasi qualunque argomento che abbia a che fare con la quantum gravity. (E non è una bella conclusione da trarre.)

  • # 29
    Eleonora Presani
     scrive: 

    Lorenzo,
    non dubito che da un punto di vista della matematica la teoria delle stringhe abbia portato a grandi avanzamenti e sia quindi degna di essere studiata e sviluppata. Però, in tutta onestà, non si può fare riferimento al principio antropico quando si sviluppa una teoria fisica. Sarebbe come dire che allora possiamo andare tutti a casa, perché l’unica spiegazione al fatto che esistiamo è il fatto che esistiamo. La critica di Woit secondo me è valida nel senso che la ricerca in fisica è sempre stata limitata nelle sue elucrubazioni dalla realtà osservabile. D’altro canto, la ricerca matematica è limitata dal metodo estremamente più preciso e rigoroso rispetto alla fisica. La teoria delle stringhe, da come ho capito, vaga nel limbo tra le due scienze, e non ha i limiti né dell’una né dell’altra. Questo poi porta a situazioni come quella del “landscape”, che secondo me, da un punto di vista della fisica (non sono in grado di giudicare la matematica) è invalidato semplicemente dalla sua stessa formulazione: non puoi spiegare un fenomeno dicendo “beh, tutto è possibile, lo sarà anche questo..”

  • # 30
    Lorenzo
     scrive: 

    @Eleonora. Siamo d’accordo. Infatti, ad oggi, la cosa chiamata teoria delle stringhe non si può chiamare fisica (e quindi non può esserne un pilastro, per quanto uno voglia essere ottimista), e nemmeno matematica. E’ un set di proposte, di strumenti nuovi e di problemi aperti, con obiettivi ambiziosi. Come al solito, solo l’esperimento deciderà se e come questa cosa sia legata alla natura. Anche se, nel caso delle stringhe, queste potrebbero essere “infalsificabili”. E’ una situazione un po’ anomala. Diciamo che c’è ancora molto lavoro, davanti. Potrebbe volerci molto tempo. D’altro canto, ancora non sappiamo tutta la verità sul modello standard (1973 l’articolo di Weinberg?), figuriamoci sulla quantum gravity.

  • # 31
    Alex74
     scrive: 

    @Lorenzo @Eleonora mi fa piacere che qualcuno finalmente dica chiaramente come certa “ricerca di confine” sia piu’ orientata a fare business meditatico che alla buona fede della ricerca nuda e cruda (L’universo elegante, la fisica dell impossibile di Michio Kaku, etc.), ma parlando di ricercatori onesti, cosa ne pensate del lavoro di Carlo Rovelli? Come vedete la teoria di gravita’ quantistica a loop? Mi sembra un approccio diametralmente opposto rispetto alle superstringhe riguardo il problema di unire la RG con la quantistica. Vale la pena approfondire l’argomento?

  • # 32
    Lorenzo
     scrive: 

    @Alex. Scusa, ma credo che tu stia fraintendendo, probabilmente perchè almeno io mi sono spiegato male. La teoria delle stringhe è roba serissima, non è “tutta fuffa pompata mediaticamente”, almeno non secondo me. C’è moltissimo lavoro serio, di qualità, e di impatto notevole (“onesto”, nel tuo linguaggio). Quello che ne traspare nei testi divulgativi in un certo senso è fuorviante, perchè non vengono messe bene in luce le criticità come le idee più rilevanti, che spesso non sono accessibili ad un vasto pubblico per eccessiva tecnicità (parlare di dualità di ampiezze di scattering o di rinormalizzabilità non dice molto al grande pubblico), o perchè si preferisce il colpo a sensazione. Metterla su un piano di “onestà” vs “disonestà” non mi sembra molto utile. Secondo me questo è un po’ il rischio della divulgazione: si perde moltissimo del sugo, e va fatta con estrema cautela, perchè altrimenti sembra tutto un gran gioco. La teoria delle stringhe non è l’uovo di Colombo, ma secondo me merita attenzione. Poi possiamo discutere tutta la vita se dare la priorità a questo o quello, ma è un problema di ordine superiore. Il problema dell’impatto mediatico è di tutta la scienza moderna, ma è troppo complicato affrontare l’argomento in un commento. Nel caso della gravità quantistica (e mettendoci dentro quindi la loop quantum gravity) il problema è aggravato dal fatto di non avere supporto sperimentale/osservativo diretto. Per quel che ne capisco, la loop quantum gravity non è messa molto meglio delle stringhe. L’approccio è diverso: si cerca di prendere la teoria di Einstein, e di quantizzarla con un metodo che ne rispetti il più possibile la struttura. Anche se a prima vista sembra la cosa giusta da fare, non è ovvio che sia così. Tutte le altre interazioni che conosciamo hanno bisogno di qualche revisione più o meno profonda (nella dinamica, che in loop quantum gravity non viene toccata, in linea di principio), nel passare dalla teoria classica alla teoria quantistica. Perchè la gravitazione dovrebbe essere diversa? Ci sono risultati incoraggianti, ma ancora nessuno ha in mano una singola predizione che sia a prova di bomba (manca ancora il ponte per collegarsi alla fisica delle particelle che conosciamo, ed ancora non sappiamo se tutte le potenziali sorgenti di inconsistenza sono state davvero “messe in sicurezza”). Ci sono varie cose interessanti, altre molto meno. Per come la vedo io, vale sempre la pena approfondire seriamente, perchè ogni approccio porta il suo granello di saggezza.

  • # 33
    Eleonora Presani
     scrive: 

    Il punto secondo me è questi argomenti sono veramente ai confini della fisica e tutte queste teorie, sebbene instradate in percorsi che hanno diritto di essere battuti dai fisici teorici (anzi, se vogliamo è il loro dovere farlo :P ) sono ben lontani da essere fisica mainstream, La stessa supersimmetria è lungi dall’essere dimostrata, anzi, per creti versi non ha molto senso, quindi non è che si possono descrivere queste torie come se fossero la spiegazione dell’Universo, perché al momento non spiegano un bel nulla….

  • # 34
    alex74
     scrive: 

    Ok ho compreso che, diciamo, per “deformazine professionale” i teorici e gli sperimentali hanno difficilmente punti di vista pienamente condivisibili, forse perche’ i teorici sono troppo “legati” al formalismo matematico puro? Comunque mi vedo d’accordo con Eleonora sebbene comprendo il punto di vista di Lorenzo, ma per uno non “addentro” alla dimensione matematica avanzata che occorre per cogliere gli spunti solidi delle teorie di frontiera, non e’ possibile scegliere di non essere positivista (alla maniera in cui intende Hawking) e non considerare solo ed esclusivamente cio’ che ha solidita’ sperimentale, diciamo “galileiana”.

  • # 35
    Eleonora Presani
     scrive: 

    Il mio punto di vista non è in disaccordo con Lorenzo… diciamo che le mie risposte sono più generiche o filosofiche che dir si voglia perché non ho le sue basi per giudicare le teorie in questione. I miei giudizi sono quelli di un fisico sperimentale e, soprattutto in questi ultimi anni, la fisica teorica necessita di basi matematiche che io non possiedo. Quello che dico è dal punto di vista dell’osservatore, del fisico sperimentale: “cari teorici, datevi da fare su queste teorie e tirate fuori quello che volete, anche 12 dimensioni o chi per loro, ma spiegate quello che vedo”. Al momento nessuna di queste teorie è riuscita a spiegare un bel nulla della fisica delle particelle che conosciamo, per cui mi sa che i teorici hanno ancora un bel po’ da lavorare… :-) Detto questo, mi piace rimanere aggiornata su quello che succede nel mondo della teoria, e sono d’accordo con Lorenzo che non si può dire che un fisico è onesto o meno perché si dedica a sviluppare una teoria piuttosto che un’altra…

  • # 36
    Lorenzo
     scrive: 

    @Eleonora. Fammi essere “malizioso”… :P Probabilmente, se ci fossero più risultati sperimentali, riusciremmo a dire qualcosa di più concreto! Comunque, al di là delle facezie, ci sono delle cose abbastanza promettenti. Per esempio, la corrispondenza AdS/CFT promette di rendere accessibili alla descrizione teorica stati della materia, come il plasma di quark e gluoni che si produce in collisioni di ioni pesanti, non trattabili con metodi “standard”, facendo predizioni sulle proprietà macroscopiche del fluido (come la viscosità). Ci sono delle cosine interessanti sui modelli analoghi (radiazione di Hawking in un analogo di un buco nero “acustico”), ma hanno sempre la limitazione di essere modelli analoghi, e non “vero spaziotempo”. Ci sono delle simulazioni numeriche di certi modelli di quantum gravity che però presumibilmente portano a teorie gravitazionali classiche “sbagliate”.
    Per il resto, la maggioranza delle cose fatte sono conti su carta, ed è veramente difficile tirar fuori qualcosa che non sia banalmente soppresso dalla scala di Planck.
    D’altro canto, stiamo ancora aspettando la piena conferma (diretta) del modello standard, che è una faccenda ben più semplice (e comunque per niente banale) della gravità quantistica.

  • # 37
    vincenzo russo
     scrive: 

    Il mondo visibile ha ragioni matematiche invisibili.
    In pratica come ritenevano gli antichi filosofi italici, Parmenide, Zenone, Melisso e Pitagora, il mondo è una apparenza virtuale.
    Detto in termini moderni è un modello cibernetico.
    Questa fu la via della verità, poi soppiantata dalla via dell’opinione a motivo dei filosofi sofisti ed altri.
    La teoria unificata dell’universo fisico e mentale da un valore non fisico ma astratto, sia alle stringhe che ai loop gravitali.
    Giunge quindi all’unificazione della relatività e della fisica quantistica, della teoria standard, della TOE e della gravità quantistica a Loop.
    Si trova sulla rete digitando http://www.webalice.it/iltachione.

Scrivi un commento!

Aggiungi il commento, oppure trackback dal tuo sito.

I commenti inseriti dai lettori di AppuntiDigitali non sono oggetto di moderazione preventiva, ma solo di eventuale filtro antispam. Qualora si ravvisi un contenuto non consono (offensivo o diffamatorio) si prega di contattare l'amministrazione di Appunti Digitali all'indirizzo info@appuntidigitali.it, specificando quale sia il commento in oggetto.