La teoria del Tutto – parte quinta: le M stringhe, i multi-universi, super-simmetria

Nel corso degli anni i fisici teorici delle stringhe avevano elaborato non una sola teoria, bensì 5 diverse versioni della stessa teoria.

Ognuna si basava sulle stringhe e dimensioni extra. Ma nel dettaglio le 5 teorie non erano in perfetto accordo.
Alcune versioni prevedevano filamenti aperti, altri filamenti formanti un anello. Un paio di versioni prevedevano l’esistenza perfino di 26 dimensioni.
Tutte e cinque apparivano valide ma quale descriveva il nostro universo?

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Si creò un certo imbarazzo. Si era partiti per trovare una sola teoria definitiva dell’universo e alla fine sono spuntate cinque versioni diverse. Ma potrebbero esserci altre teorie. Anche infinite teorie.
Se c’è un solo universo ci deve essere una sola teoria che la descrive. Forse una è quella giusta, ma quale?

A questo punto sorge un altro interrogativo: se tutte e cinque le teorie sono valide, se una di queste è la teoria giusta che descrive il nostro mondo, ci vive negli altri?

La teoria delle stringhe si arenò nuovamente. Molti fisici si arresero. La teoria che doveva spiegare il tutto stava diventando la teoria del niente.

Un bel guaio.

E se la teoria delle stringhe descrivesse dell’altro?
Le dimensioni sono un po’ come i gradi di libertà in fisica. Più gradi di libertà ci sono più cose si possono fare.
Allora se esistono più dimensioni anche le stringhe possono fare più cose.
Cosa?

Ed ecco l’imprevedibile.
Con l’evolversi della teoria delle stringhe e la introduzione di una undicesima dimensione (11 esima dimensione di Witten, di dimensioni estremamante piccola 10-15 m ), molto presto vennero scoperti oggetti che non erano semplici stringhe, erano più grandi ed avevano l’aspetto di una “membrana” o più semplicemente una “brana”.

brana

Una brana può essere tridimensionale o anche più e con una quantità sufficiente di energia potrebbe ingrandirsi a dismisura raggiungendo persino le dimensioni dell’universo.

Questo concetto ha rivoluzionato il concetto delle stringhe e della cosmologia moderna. La teoria delle stringhe si è così evoluta nella cosiddetta “M teoria” o “teoria delle membrane”.

mx3B60ELa esistenza di membrane giganti e dimensioni extra porterebbe alla sorprendente ipotesi che il nostro universo si trovi in una membrana immensa in uno spazio multidimensionale molto più esteso.
E’ come se vivessimo all’interno di una fetta di un infinito pane a fette.
Il nostro universo potrebbe quindi essere come una fetta di pane. Una unica fetta di una forma molto più grande.
Se questa ipotesi è corretta potrebbero esistere altre fette, altri universi affianco al nostro. Veri e propri universi paralleli.
Se così fosse il nostro universo non sarebbe niente di speciale e avremmo molti vicini di casa.

Alcuni universi potrebbero assomigliare al nostro, galassie, pianeti ed anche esseri viventi. Altri potrebbero essere molto più strani governati da leggi fisiche completamente diverse dalle nostre.

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Dove vivrebbero questi universi paralleli?
La cosa è difficile da spiegare e la racconto come l’ho capita io.
Potrebbero esistere e vivere accanto a noi. Secondo alcuni fisici anche a meno di un millimetro di distanza da noi. Spostandoci lateralmente ci potrebbe essere un’altra menbrana cioè un altro universo parallelo. Un intero universo potrebbe essere attaccato ad una “brana”, potrebbe direttamente occuparne la superfice.

mx3FE53Queste gigantesche membrane energetiche galleggiano fianco a fianco come immense lenzuola nell’iper-spazio. Il nostro stesso universo si poggia su una di queste enormi superfici che a turno vanno alla deriva nel mare cosmico dello spazio, galleggiando in una struttura più grande.

Ma se questi universi sono così vicini a noi, perché non prossimo vederli e toccarli?
Questo è ancora più difficle da spiegare. I fisici la spiegano così: se in una membrana multidimensionale esiste una membrana che “i nostri atomi” non possono attraversare è come provare a prendere qualcosa che non si può toccare. A questo punto è come se si trovasse dall’altro capo dell’universo. Lo si attraverserebbe senza toccarlo, ci crediate o meno.

Questo si spiega dal fatto che le membrane sono separate da dimensioni diverse dove ognuna ognora l’altra dimensione.

E’ una vera rivoluzione.
Se così fosse la nostra visione dell’universo sarebbe offuscata dall’essere intrappolati in una minuscola fetta dell’universo multidimensionale.

mx3B8ABA questo punto vi chiedo un ultimo forzo, stiamo entrando nella dimensione della sana fantascienza. Oppure no!

Secondo l’ultima “M teoria” in un tempo infinitamente piccolo due membrane in un cosmo precedente si sono scontrate come giganteschi piatti d’orchestra producendo il Big Bang che si è evoluto nell’universo che conosciamo.
Allo stesso modo è possibile ipotizzare che  siano nati altri universi paralleli.

Ora in questo modo se il Big Bang è successo una volta, allora potrebbe succedere altre volte. Tante altre volte.

E’ possibile che ci sia un ciclo di membrane che si scontrino generando universi, un ciclo infinito di catastrofiche e nascite di un ciclo infinito di universi.

Pura fantasia?
Anche se non siamo in grado di vedere le stringe forse un giorno potremmo vedere la sue tracce. Se le stringhe fossero esistie all’origine dell’universo quando tutto era minuscolo avrebbero lasciato le impronte o tracce della loro esistenza e dopo il big bang quando tutto si espanse, queste tracce si sarebbero sparse per lo spazio.
Se è così un giorno troveremo l’asistenza delle stringhe tra le stelle, ma non è escluso che anche sulla Terra si trovino prove della esistenza delle stringhe cercando le dimensioni extra.

Ma come?
mx3BBB9Negli acceleratori di particelle che sono alla ricerca di dimensioni extra.
Essi forniscono agli atomi di idrogene una grande quantità di energia. Dopo di che strappano gli elettroni e accelerano i protoni in un tunnel soterraneo. Quando questi stanno per raggiungere la velocità della luce vengono fatti scontrare con particelle che sfrecciano nella direzione opposta. In molti casi si sfiorano, ma accosionalmente si scontrano producendo uno sciame di particelle subatomiche.

mx37A66La speranza è che tra loro si trovi una minuscola unità di gravità: il gravitone.
Secondo la teoria delle stringhe il gravitone sono anelli chiusi e quindi sono liberi di fluttuare verso le dimensioni extra.

L’idea sarebbe di individuare un gravitone al momento della fuga.
Quando un gravitone si dirige verso una dimensione extra un dispositivo segnala la sua assenza.
Purtroppo questo evento non si è ancora verificato. Ma gki scienziati cercano di trovare le prove con la “teoria della super simmetria“.

Cos’è la super simmetria?
Si tratta di una ipotesi fondamentale della teoria delle stringhe.

mx327D4mx390F2In breve, ogni articella subatomica nota formata da (E) elettroni, (P) protoni, (G) gravitoni, dovrebbe essere accompagnata da  una corrispondente particella più pesante, detta (“S”) particella che però nessuno ha mai visto.
Poichè la teoria delle stringhe ipotizza che le S particelle esistono, bisogna trovarle e la loro scoperta sarebbe una scoperta colossale. Planetaria.

Ma anche se le particelle della super simmetria esistono sono probabilmente pesantissime al punto di non essere rilevate dagli odierni acceleratori.

La scoperta delle S particelle non dimostrerebbero la teoria delle stringhe ma sarebbe una prova indiretta molto forte che gli scienziati sono sulla strada giusta.

Basta attendere la prossima generazione di acceleratori nei prossimi 10/20 anni.

acceleratore

FINE


(tutto il materiale è stato elaborato da ricerche su internet)
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Informazioni su bruce

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18 risposte a La teoria del Tutto – parte quinta: le M stringhe, i multi-universi, super-simmetria

  1. Rebecca Antolini ha detto:

    Ciao Silvano, buona notizia e una ciste benigna, e sta sera me la toglie (mencomale) .. purtroppo ho problemi con la contusione polmonare, i dolori stanno aumentando e devo fare un’altra radiografia per saperne di più… mio medico pensa che ho piccole fratture incomplete… vediamo domani mattina devo fare anche la radigrafia… e tutto qui… 😉

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    • bruce ha detto:

      Beh, intanto incassiamo le buone notizie. Le cisti sono sempre un enigma. Bene tutto quello che finisce bene.
      Le microfrattire? Questi tipi di problemi per quanto fastidiosi e dolorosi … passano.
      Un saluto.

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  2. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Roba da far accapponare la pelle. Non solo nel senso della reazione del profano (“mamma mia, scappo!”) ma anche nel caso che a leggere di queste cose sia anche “chi ne sa”. Anzi, chi ne sa ed ama la scienza e queste tematiche si stupisce ancora di più.

    “Filamenti aperti”,”stringhe ad anello”, “26 dimensioni”, addirittura 42 o 43 dimensioni nella “versione”zichichiana” della teoria della supersimmetria, “il supermondo”, dove ai fermioni si devono associare dei “superbosoni”-superparticelle “analoghe” che siano pero’ dei bosoni-e viceversa, ai bosoni dei “superfermioni”-superparticelle analoghe che siano pero’ dei fermioni-, nel senso che il “S-elettrone”, ad esempio, sarebbe un bosone, e l’elettrone è un fermione.

    “E se la teoria delle stringhe descrivesse qualcos’altro?”. Infatti non possiamo nemmeno immaginare dove tali elaborazioni possono condurre. “Una dimensione extra concentrata nello spazio di soli 10 alla –15 metri..che, avendo sufficiente energia, potrebbe avere l’estensione delll’universo…pazzesco.

    Molto bella la rappresentazione delle brane come delle “fette di un pane”. Io, fantasticando sugli universi paralleli, già da tempo immaginavo le “brane”non già come delle “pareti”, ma come tante superfici di una sfera. Un multiverso “a cipolla” insomma, dove ogni “strato” e’ una brana-universo. Ma poi, “rappresentare” quest’idea in un modo o nell’altro, è uguale. Importante e’ capire che, in questo caso, per “sfera” non si intende la sfera studiata a scuola (anche perche’ tali “superfici” sarebbero non a due, ma a tre o piu’ dimensioni…)

    “Ma se questi universi sono cosi’ vicini a noi, perché non possiamo vederli o toccarli?”. “Questo è spiegato dal fatto che le membrane sono separate da dimensioni diverse dove ognuna ignora l’altra dimensione”. Fammi capire: separate da dimensioni “cuscinetto” poste tra una membrana e l’altra?

    Comunque, un’altra “spiegazione” può essere la seguente, e che io lessi in un articolo apparso, mi sembra, su “Le scienze: “le stringhe “aperte” vivono “attaccate” alla “brana” (la stringa che crea l’elettrone e’ aperta), mentre le stringhe “chiuse” ad anello la possono “attraversare” (la stringa che crea il “gravitone” e’ “chiusa”). L’articolo continuava spiegando che “forse e’ questa la causa del fatto che la gravità appaia come una forza debole, “perche’ i gravitoni migrano su altri universi-brana..”. Ed infatti tu hai scritto “Secondo la teoria delle stringhe il gravitone sono “anelli” chiusi e quindi sono liberi di fluttuare verso le dimensioni extra”.
    Certo, sarebbe bello capirci davvero qualcosa. “L’idea sarebbe di individuare un gravitone al momento della fuga.
    Quando un gravitone si dirige verso una dimensione extra un dispositivo segnala la sua assenza.
    Purtroppo questo evento non si è ancora verificato. Ma gki scienziati cercano di trovare le prove con la “teoria della super simmetria“. Pero’, immagina se si riuscisse a scoprire qualcosa del genere. Ciao.

    Marghian

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    • MARGHIAN ha detto:

      Oh Rebecca, sono arrivato secondo.. 😆
      Meglio così, se è una cosa benigna. Guarisci… 🙂

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    • bruce ha detto:

      Ciao marghian,
      credo che questi articoli dedicati alle stringhe siano una delle serie tra i miei articoli meglio riusciti.

      All’inizio ho dovuto fare una scelta: di impostazione. Nell’enorme materiale che avevo a disposizione (siti di università, documentazioni e lezioni di astrofisica in pdf, siti vari) c’era veramente di perdersi dentro. Ognuno la vedeva sotto il proprio aspetto. Molti erano fortemente critici e scettici, alle volte ironici, altri altamente scientifici. Il risultato che ne era venuto fuori era una enorme confusione che anziché spiegare la teoria mi creava maggiore confusione.
      Allora ho deciso di non schierarmi da nessuna parte. Ho preferito raccontare la storia e la evoluzione della teoria. Insomma ho voluto che fosse la evoluzione di questa teoria a parlare senza aggiungere altro.
      Per quanto riguarda i dubbi, ho dato ascolto ovviamente al lato scientifico e per lato scientifico intendo non sconfinare nella fantasia ma basarmi sulle considerazioni che proponeva la teoria stessa.

      Nata come espressione matematica alla ricerca della unificazione delle forze si è arrivati prima alla formulazione di stringhe aperte. Solo le successive evoluzioni hanno portato a ritenere che esse fossero in realtà chiuse e esse fossero l’origine del conferimento della materia e l’origine del gravitone per poi arrivare alla considerazione finale della ammissione di 11 dimensioni che portavano alla visione delle stringhe chiuse in brane. Che a loro volta potevano trasformarsi da entità subatomiche a gigantesche brane. Il passo successivo verso una infinità di brane è stata una conseguenza.
      Derisa e snobbata, oggi in realtà è presa sul serio dimostrata dal fiorire di altre teorie come la super simmetria.

      Bello il tuo commento che pone altri problemi che noi “piccoli mortali” facciamo fatica a comprendere. Pensa che avevo anche deciso di andare a fondo studiando le 5 diverse teorie delle stringhe pe capirci di più e darmi altre risposte, ma poi ho pensato: “ma chi me lo fa fare, mica me lo ha ordinato il medico” 😆
      Un caro saluto

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      • MARGHIAN ha detto:

        Ciao Bruce. In effetti si nota il “taglio” professionale di questi tuoi ultimi articoli. Anche gli altri articoli sono comunque belli e ben fatti. Le teorie delle stringhe ed annesse elaborazioni implicanti l’introduzione di altre dimensioni e perfino dover considerare la possibilità altri universi aprono a certe prospettive che hanno addirittura del metafisico. Non intendo ovviamente metafisico come “divinità” e “religione”, ma propriamente..nel senso di una fisica “altra” che, pur basandosi sui principi di sempre (per esempio, le quattro operazioni -quelle ci sono sempre-, il quadrato inverso, il “p” greco, e calcoli con equazioni differenziali, calcolo vettoriale e/o tensoriale, integrali eccetera) apre scenari davvero fuori dal quotidiano. Metafisici, appunto.

        Le stringhe, se esistono, sono proprio delle entità quasi metafisiche, e sono proprio “una realta’ superiore”, nel senso che la realtà fisica (dagli atomi agli ogetti della vita quotidiana, alle stelle) dipendono da questa realta’ superiore. Mi spiego: senza una determinata stringa non esisterebbe un elettrone, senza un’altro tipo di stringa non esisterebbe un quark. In questo senso “metafisico”. Come spieghi bene tu, senza le “dimensioni nascoste” non esistono neppure le dimensioni dove si verificano gli eventi fisici come il camminare o lo scorrere di un fiume. Forse, se la teoria e’ corretta, senza le S-particelle non esistono neppure le particelle ordinarie.

        Concludo con una frase banale: tutto e’ collegato. Questo vale soprattutto in questo amalgama di dimensioni…visibili ed invisibili.
        Trattarea rgomenti difficili non ce lo ordina il medico, e’ vero; pero’, il medico ci ordina tassativamente di praticare le cose che ci piacciono. Queste fanno davvero bene alla salute 😆 Ciao.

        Marghian

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  3. gabriarte ha detto:

    difficile comprendere per me la fisica non l’ho mai studiata ma ho letto con interesse e curiosità anche perchè tu sai spiegare bene e incuriosire la mia immaginazione si è concentrata non in una grande fetta di pane ma in uno specchio enorme che riflette altri specchi più piccoli e tanta tanta energia ciao Bruge

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    • bruce ha detto:

      Ciao gabri.
      Intanto devo congratularmi con te. Proprio così. Perché?
      Perché mostri interesse anche per argomenti “apparentemente” incomprensibili dai quali molti, moltissimi fuggono. Anzi, e la cosa è ancora peggio, li rifiutano.
      Perchè, poi, in fin dei conti non sono argomenti così incomprensibili. Niente è difficile da capire.
      Non c’è bisogno di conosce formule o la matematica differenziale per capire i principi alla base di certe teorie.
      Sarebbe come dire che è necessario essere ingegneri e conoscere le leggi della meccanica per sapere il principio di funzionamento di una automobile.
      E questo ti fa onore.

      Mi piace

      • gabriarte ha detto:

        il merito però è tuo che invogli la mia curiosità sono convinta che se molti studenti perdono interesse in certe materie non è solo loro la colpa ma di chi non li sa coinvolgere un caro saluto

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    • MARGHIAN ha detto:

      Anche io la penso cosi’ 🙂

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  4. Andrea ha detto:

    Non vedo ben in evidenza le fonti: un copia e incolla dei due video su you tube di Brian Greene.

    P.s.
    scusa, sono solo in*** perché mi sono visto due ore di video fermandolo continuamente per prendere appunti, questo è uno dei miei argomenti della tesina di maturità.

    P.p.s. potevi scriverlo prima, ormai l’ho già stampata D:

    P.p.p.s. ho visto solo ora il tuo blog, il migliore che abbia mai visto. Complimenti 🙂

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  5. earthrunner ha detto:

    Ciao Bruce e complimenti per questi articoli dal conflitto tra meccanica quantistica e relatività generale con la conclusione della teorie delle stringhe. Sono argomenti affascinanti e non poco facili. Sono appassionato dalla materia e devo dire che i tuoi articoli sono spiegati in modo lineare e semplice. Io sono un informatico mi sono appassionato sempre di più a queste tematiche, consiglio a chi volesse approfondire l’argomento il lirbo di Brian Greene the elegance of universe. Mi sento di poter anche dire che l’infinitamente piccolo è infinitamente grande….mi ricorda tanto l’affermazione di un piccolo grande uomo vissuto un paio di millenni fa….se volete essere grandi fatevi piccoli.
    Ciao a presto!
    Luciano

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    • bruce ha detto:

      Ciao Luciano, ti ringrazio per i complimenti e sono contento che c’è ancora qualcuno a cui piacciono certi articoli. Oggigiorno è cosa sempre più rara. Anche se non poche responsabilità ce l’hanno proprio alcuni informatori scientifici che gareggiano tra loro sul web a chi ne sa di più, o quantomeno a chi diffonde per primo comunicati di organi ufficiali in inglese che non leggerà mai nessuno, contribuendo così ad allontanre maggiormente le persone dalla scienza pittosto che ad avvicinarle.
      Ho saricato “the elegance of universe” da ePubDud (in inglese), ma se lo trovo in versione italiana in libreria mi rende la cosa più semplice.
      Ciao

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  6. Pingback: Il Mistero della simmetria | Bruce

  7. Barbara ha detto:

    Caro Bruce, ho letto con interesse i suoi articoli, che mi sembrano scritti in modo brillantemente accessibile anche per chi, come me, possiede una conoscenza della fisica che si ferma al programma del quinto liceo. Quindi, innanzitutto, grazie.

    Nonostante ultimamente io abbia afferrato a grandissime linee i principi base della meccanica quantistica e il principio della Relatività Generale, continua a sfuggirmi in quale modo le due teorie siano tanto in contrasto. Mi chiedevo se c’è un articolo in cui affronta più direttamente le incongruenze tra le due teorie e i tentativi di mediazione che sono stati fatti fino ad oggi. Per esempio, ho sentito parlare della Teoria dei Loop e ho provato a documentarmi, senza afferrare del tutto in cosa consiste la portata rivoluzionaria rispetto alla teoria dei quanti. Perché il fatto che lo spazio sia non solo “granulare” ma fatto di “grani legati tra loro” cambierebbe così tanto la prospettiva sull’Universo?

    Mi rendo conto che avrei bisogno di conoscenze molto più ampie per afferrare a pieno il concetto, ma sarebbe molto interessante e utile leggere un suo articolo in merito. Se ne ha già scritto e non ho trovato il post, mi scuso in anticipo.

    Grazie per il suo contributo alla diffusione di informazioni tanto magnifiche e spesso inaccessibili alla maggior parte di noi.

    Barbara

    Mi piace

    • bruce ha detto:

      Cara Barbara quella dei granuli è una teoria sulla quale ci sono solo supposizioni, e sinceramente anch’io non percepisco il vero significato.

      So che questa teoria è stata tirata in ballo quando si pensava che i neutrini viaggiassero a velocità superiori a quella della luce. Cosa poi smentita.
      Si pensa che il vuoto in realtà è formato da granuli di punti a formare una specie di rete. I neutrini nel percorrere lo spazio salterebbero da un granulo all’altro. E così facendo avrebbero superato la velocità della luce.

      La giustificazione di questi granuli sarebbe compresa nella teoria quantistica, ovvero dell’estremamente piccolo. Nell’infinitamente piccolo prevalgono i fenomeni discreti. La realtà è composta da quantità unitarie della materia.
      Sappiamo che il limite dello spazio è dato dalla costante di Planck. Ebbene questa quantità potrebbe essere rappresentata come un punto, granulo. Lo spazio quindi non sarebbe altro che una infinita quantità di granuli ravvicinati e intervallati da spazi vuoti in cui non esiste spazio e tempo.
      In definitiva lo spazio non sarebbe “liscio”, ma formato da granuli, puntini, della grandezza di Planck.
      Se questa teoria fosse confermata sarebbe un punto di partenza per collegare la realtà continua della fisica classica con la realtà discreta di quella quantistica.
      Un saluto.

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  8. Barbara ha detto:

    Mi spiego meglio: secondo la teoria dei Loop, mi pare, esistono degli atomi di spazio “inanellati” tra di loro. Ma perché il fatto che siano “inanellati” stravolgerebbe tutto? Una volta stabilito che esistono “atomi di spazio”, non basterebbe per considerarli legati tra di loro così come tutti gli altri atomi che compongono la materia? E quindi per considerare lo spazio un tutt’uno? Perché hanno bisogno di essere “inanellati” per risolvere l’incongruenza con la Relatività Generale? Grazie ancora.

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