Stringhe, brane, gravitoni e multiversi



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

A rischio di annoiare, ribadisco che questi miei post vogliono spiegare in modo semplice, anche sacrificando un poco di correttezza, concetti complessi, se qualcuno cerca formule, termini tecnici, diagrammi e quant’altro cerchi sul web e troverà ciò che cerca.

Qualche considerazione sulla teoria delle stringhe

Anzitutto è bene rammentare che la teoria delle stringhe non ha, ad oggi, ricevuto prove sperimentali, essa è sostenuta da corretti ed eleganti calcoli matematici e da convincenti ragionamenti ma, nessuna prova, essa potrebbe risolvere varie problematicità di altre teorie ma per ora solo in via ipotetica. Inoltre perché i calcoli che ne stanno alla base siano coerenti ed abbiano un senso la TDS ipotizza l’esistenza di più dimensioni rispetto alle classiche 4, 3 spaziali (altezza, larghezza, lunghezza) più una temporale arrivando a teorizzarne a seconda dei modelli da 10 a 26. Dimensioni che noi non siamo in grado di percepire. Dunque. Tutto ciò che esiste nell’universo, TUTTO, materia, energia sarebbe composto al livello minore da “stringhe” oggetti miliardi e miliardi di volte più piccoli di atomi e particelle, anzi, ripeto, atomi e particelle sarebbero composti da queste stringhe. Queste stringhe sarebbero la dimensione più piccola dell’esistenza, nel senso che parlare di dimensioni inferiori ad una stringa è un non senso logico e matematico, tale grandezza è detta dimensione di Planck. La teoria prevede due tipi di stringhe infinitesime, esse possono essere “aperte” ovvero con due estremi, oppure chiuse ad anello. Ora la cosa più importante è che queste stringhe vibrano, e, vibrando a diverse frequenze formerebbero tutti i tipi di particelle esistenti, elettroni, quark, fotoni, bosoni, tutto insomma. Un solo tipo di “oggetto” formerebbe tutta la varietà e vastità esistente a seconda delle sue vibrazioni.

Rappresentazione delle Stringhe

Conseguenza delle teoria delle stringhe

Inoltre un’altra conseguenza di queste teorie sarebbe l’esistenza delle “BRANE”, da membrane.
Le Brane sarebbero delle “strutture” su cui si collocano le stringhe, le brane sono di vario tipo e vengono classificate in base alle loro dimensioni (non in senso di ampiezza), si indicano con la lettera “D” seguita da un numero:
D0 = BRANA PUNTIFORME
D1 = BRANA LINEARE
D2 = BRANA PIANO (come un foglio)
…… sino a
D25 che sarebbe una Brana con 25 dimensioni spaziali (previste da una particolare teoria delle stringhe, quella bosonica).
Ora, si teorizza che esistano un numero forse infinito di brane, che si “muoverebbero nello spazio multidimensionale. E questo ha portato tre fisici, Burt Ovrut, Paul Steinhardt e Neil Turok ad ipotizzare che il Big-Bang si sarebbe originato dallo scontro di due “brane” giganti, che muovendosi nello spazio multidimensionale sarebbero entrate in collisione. Secondo questa ipotesi, prima del Big-Bang, due brane, rappresentanti due universi paralleli, cominciarono ad avvicinarsi l’una all’altra, fluttuando nello spazio multidimensionale, fino a causare una collisione. L’energia liberatasi dalla collisione generò il Big-Bang creando l’espansione della “brana-universo”. In questo modo si eliminerebbe l’idea ed il problema della singolarità iniziale ipotizzando inoltre che sia esistito del tempo prima del Big-Bang tale da consentire alle due brane di arrivare alla collisione.

Una D2-brana e una D3-brana collegate da una stringa.

Ipotesi affascinante ma, se risolve un problema ne apre un altro

Infatti, così come tutte le nostre equazioni attuali falliscono quando cerchiamo di spiegare il tempo zero della singolarità del Big Bang, parimenti tutti le nostre equazioni falliscono quando cerchiamo di spiegare il momento del contatto fra due brane, in tutti e due i casi i risultati non hanno senso.
Un’altra conseguenza dell’esistenza delle brane è che se il nostro universo esiste grazie alla collisione fra due di esse, allora, dato il numero potenzialmente infinito di brane potrebbero esistere un numero infinito di universi. Dunque, questa infinita serie di universi sarebbero indipendenti gli uni dagli altri, e da noi non rilevabili, ciò che dividerebbe questi brana-universi non è il normale spazio, non è il nulla ma uno spazio interdimensionale o multidimensionale da noi non rilevabile o misurabile in nessun modo se non teorico o al limite matematico.

Ma…

Un grosso ma, questa visione dell’universo o multiverso o brana-universi o ciò che volete voi, potrebbe servire a spiegare uno dei grandi misteri della scienza e, forse, contemporaneamente trovare la prova dell’esistenza di questi universi nonché provare, finalmente, l’esattezza della teoria delle stringhe. La gravità, è una delle forze fondamentali, ed ha la caratteristica di agire su distanze enormi, tendenti all’infinito, ovvero per quanto minima, l’effetto della gravità di un corpo (qualunque corpo) non è mai nulla a nessuna distanza se non appunto all’infinito, un’altra caratteristica che, a confronto con le altre forze, ad esempio l’elettromagnetismo, la gravità è estremamente più debole, triliardi di volte più debole. Quindi è estremamente debole ma agisce all’infinito. Il motivo di questo fatto non è mai stato spiegato dagli scienziati, ma la TDS con i suoi universi a brane offre una spiegazione, rammentate l’esistenza di due tipi di stringhe? Quelle aperte con due estremi e quelle chiuse ad anello? Bene, l’idea è questa, la materia e le forze sarebbero formate e trasmesse tutte da stringhe aperte, tutte tranne la gravità che sarebbe trasmessa da stringhe ad anello, quale è la conseguenza?

Rappresentazione artistica di un multiverso.

Rispondiamo a queste domande

Bene le stringhe aperte avrebbero i due estremi “ancorati” alla brana di appartenenza, non avrebbero alcun effetto sulle altre brane, esisterebbero e trasmetterebbero forze solo all’interno della propria brana, la gravità invece formata da stringhe ad anello che non sono ancorate ad una brana avrebbe la possibilità di trasmettersi anche ad altre brane. Quindi in realtà la gravità non sarebbe più debole dell’elettromagnetismo, ma mentre l’elettromagnetismo fa sentire la sua forza solo su una singola brana, la gravità si “diluisce” su tutte le brane.
Bisogna dire che da decenni i fisici, sia del modello standard, sia della teoria delle stringhe cercano di isolare la particella responsabile della gravità, il GRAVITONE, ad oggi non vi sono ancora riusciti, ma quando (se) succederà potrebbero essere contenti tutti, i sostenitori del modello standard troverebbero ulteriore conferma della bontà del loro modello ma comincerebbero a festeggiare anche i sostenitori della TDS, infatti i fautori della TDS sperano, oltre di individuare i gravitoni, anche di individuare un gravitone nel momento della sua fuga in qualche dimensione extra, attraverso un dispositivo che segnali la sua scomparsa dal nostro universo. Se quest’ultimo fatto avvenisse sarebbe la prova sperimentale dell’esattezza della teoria delle stringhe ma, soprattutto dell’esistenza di altri universi.
Questo evento non si è ancora verificato ma speriamo nel LHC del CERN di Ginevra, o, magari in futuro in altre strutture e laboratori.

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Un pensiero riguardo “Stringhe, brane, gravitoni e multiversi

  • 24 giugno 2017 in 21:05
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    Un articolo fantastico! Semplicemente elegante e comprensivo!

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Milky Way over Chilean Volcanoes

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