La teoria delle stringhe


A cura di Franco Palerno, ricercatore di fisica della particelle presso l’Università di Boston

Questo post non vuole essere una divulgazione scientifica sulla Teoria delle Stringhe ma una semplice riflessione su di essa. Anzitutto diciamo che pur essendo di uso comune parlare di Teoria delle stringhe, in realtà per il significato che il mondo scientifico dà al termine Teoria, quella delle stringhe non lo è. E’ un’ipotesi, un’idea, una teoria in itinere, suffragata da molteplici, solidi, convincenti calcoli matematici e da intelligenti deduzioni ma non è una Teoria. Per la scienza una Teoria è un insieme di leggi che descrivono con precisione un insieme di fenomeni e che è in grado di fare previsioni verificabili, non solo ma, soprattutto, si basa su un numero corposo di esperimenti e/o osservazioni. Non è sufficiente un solo esperimento suffragare una teoria. E soprattutto, qualsiasi esperimento usato per provare la Teoria deve essere riproducibile da chiunque voglia testarlo. Questa teoria, per ora, è ancora allo stadio di sviluppo, suffragata da calcoli matematici, ma non sperimentabile ne osservabile, Per comodità ed uso invalso parleremo comunque di Teoria delle stringhe.

Premesso questo partiamo

Tutto ciò che ci circonda è composto da atomi, gli atomi sono composti da elettroni, protoni, neutroni, i protoni ed i neutroni sono composti a loro volta da quark. Ogni forma di energia è mediata (diciamo trasmessa) da particelle come i fotoni o altre ancora. Ma la teoria delle stringhe va oltre, afferma che ogni quark, elettrone, fotone insomma qualunque cosa, materia od energia sia in realtà formata da una stringa che vibra, e che le differenze esistenti fra le varie particelle siano dovute alle diverse vibrazioni di queste stringhe. La dimensione di una stringa è infinitesimale, miliardi di miliardi di volte più piccola di un nucleo atomico (circa 10^-32 millimetri) e questo preclude ad oggi (e per molto tempo) ogni possibilità di osservarle. La vibrazione delle stringhe dà origine sia alla materia sia all’energia. Non esiste una sola teoria delle stringhe, ma diverse versioni in cui le stringhe possono essere aperte o chiuse ad anello, all’interno di queste teorie sono anche previste le “stringhe cosmiche”, ovvero stringhe sempre sottilissime come le precedenti, ma filamentose e lunghe quanto una galassia se non quanto l’universo.

Da destra a sinistra:
1. Materia (macroscopico) 2. Struttura molecolare (atomi) 3. Atomi (neutroni, protoni, elettroni) 4. Elettroni 5. Quark 6. Stringhe

Dalle stringhe si passa alle “superstringhe”

Dalla teoria delle stringhe è poi derivata la “teoria delle “superstringhe”, che prevede una supersimmetria fra le particelle (ma di questo parleremo magari in un post apposito). Le Teorie delle Stringhe e delle superstringhe hanno una solida, convincente ed elegante base matematica, il problema è che attualmente è impossibile verificarle a livello sperimentale od osservativo, per cui ad oggi le teorie delle stringhe e delle superstringhe restano congetture teoriche. Vi è poi un ulteriore “inghippo”, le vibrazioni delle stringhe avvengono in uno spazio a 10 dimensioni spaziali (per una teoria addirittura 26). La presenza di altre dimensioni in più rispetto alle 3 conosciute è un fatto indispensabile per far funzionare la teoria. Se queste dimensioni extra non ci fossero la teoria avrebbe contraddizioni interne di tipo matematico. Per chiarirci non parliamo di dimensioni extra intese come realtà alternative, ma vere e proprie dimensioni spaziali, come la larghezza, lunghezza, altezza, dimensioni che noi non siamo però in grado di percepire.

Perché la Teoria delle stringhe è così interessante e studiata da molti fisici?

Perché è la principale candidata ad essere la Teoria del tutto.
Attualmente la Fisica è dominata da due grandi Teorie sviluppatesi il secolo scorso, la teoria Quantistica e la Teoria della Relatività, la prima ci permette di comprendere il mondo dell’infinitamente piccolo (molecole, atomi, elettroni, quark, ecc.). La seconda svolge a meraviglia il compito di spiegare il comportamento degli oggetti cosmici (stelle, galassie, ammassi di galassie, ecc.). Queste due teorie, che hanno consentito un progresso straordinario della fisica, presentano tuttavia un difetto insuperabile: non sono fra loro compatibili. Ovvero l’una non è capace di spiegare il comportamento dell’altra e viceversa. Praticamente entrano in conflitto se vogliamo unificarle. Ma i fisici pensano che tutto il nostro mondo, dalla particelle subatomiche alle spirali delle galassie, dovrebbe essere spiegato da un unico principio fisico. Da un’unica equazione. La Teoria del Tutto, e la Teoria che, per ora solo in via ipotetica e a livello matematico e non sperimentale sembra avere più possibilità di successo in questo è appunto la Teoria delle stringhe.

3 pensieri riguardo “La teoria delle stringhe

  • 18 giugno 2017 in 10:54
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    L’universo è meno complicato di un minuscolo essere vivente,ma può essere incomprensibile anche dalle menti umane più grandi. Il modello standard ha dimostrato di essere affidabile anche se fino ad ora non ha riunito la gravità alle altre forze ,ma la “teoria delle stringhe” ancora lontana da essere completa e con la complicazione di altre dimensioni non mi da l’impressione che possa essere la teoria del tutto ; meglio continuare la sdrada delle particelle cercando di trovare quelle ancora sconosciute della supersimmetria perché le stringhe non le potranno trovare mai.

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  • 18 giugno 2017 in 11:26
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    innanzi tutto grazie per il suo impegno a pubblicare.
    Penso che tutto ciò che non riesca ad entrare ” nella nostra capacità di immaginare e fantasticare ” sia semplicemente inutile. Mi spiego :…come percepiremmo il mondo se avessimo altre dimensioni !? Ma a che serve speculare in tal senso ? Visto che la nostra capacità cognitiva è basata sui soli cinque sensi.Fingere di averne più di cinque ( ammesso che esistano) a che serve ? L’infinitamente piccolo e grande ok,sono fuori della nostra portata “visiva” ma la fantasia ce li rende comprensibili ; tutto il resto, incluse le supposte altre dimensioni, lasciano il tempo che trovano. Ma in mancanza di altro van bene ma non li includerei di in “cose di scienza”. Van bene con gli ufo, le magie e la metafisica in generale.

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  • 18 giugno 2017 in 12:07
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    Non ciò capito un mazzo. …ma è affascinante e mi incuriosisce da matti

    Risposta

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