Scienza

LA TEORIA DELLE STRINGHE E LA TEORIA DEL TUTTO

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Ai suoi tempi la forza forte e quella debole non erano ancora note, ma Einstein era già abbastanza turbato del fatto che esistessero due forze diverse (gravità ed elettromagnetismo): non poteva accettare che la natura fosse basata su un progetto cosí stravagante. Cosí si imbarcò nella sua ricerca trentennale di una cosiddetta teoria unificata di campo, teoria che avrebbe dovuto mostrare che queste due forze sono in realtà manifestazioni di un unico principio sottostante. Questa ricerca ossessiva lo isolò dal filone principale della ricerca, allora molto piú interessato (comprensibilmente) a esplorare la nascente meccanica quantistica. Scriveva a un amico nel 1942: «Sono diventato un vecchio solitario famoso soprattutto perché non porta le calze, che viene esibito come un fenomeno nelle occasioni speciali». Da una lettera di Albert Einstein del 1942, citata in Tony Hey e Patrick Walters, Einstein’s Mirror, Cambridge University Press, Cambridge 1997 Einstein era semplicemente troppo avanti sui tempi. Piú di mezzo secolo dopo, la teoria unificata è diventata il Sacro Graal della fisica moderna. E una consistente parte della comunità dei fisici e dei matematici è convinta sempre più che la teoria delle stringhe possa essere la soluzione. A partire da un unico principio (gli oggetti sono formati a livello microscopico da combinazioni di stringhe oscillanti), la teoria fornisce un quadro esplicativo che comprende tutte le forze e tutta la materia. Secondo la teoria delle stringhe, ad esempio, le proprietà delle particelle non sono che un riflesso dei vari modi in cui una stringa può vibrare. E’ proprio come per le corde di un violino o di un pianoforte, che vibrano con frequenze caratteristiche in modi che il nostro orecchio percepisce come le note fondamentali e le rispettive armoniche superiori; le vibrazioni delle stringhe della teoria non si manifestano come note musicali, ma come particelle, la cui massa e carica sono determinate dalle oscillazioni della stringa stessa: l’elettrone è una stringa che vibra in un certo modo, il quark up in un altro, e cosí via. Le proprietà delle particelle, dunque, non sono una caotica massa di dati sperimentali, ma conseguenze di un unico principio fisico: sono la musica, per cosí dire, suonata dalle stringhe fondamentali. La stessa idea si applica alle forze; vedremo infatti che ogni particella mediatrice di forza è associata a un particolare modo di vibrazione. Quindi tutte le forze e tutta la materia sono unificate sotto la voce «Oscillazioni di stringhe»: sono le note che le stringhe suonano. Per la prima volta nella storia della fisica possediamo un’idea di fondo in grado di spiegare tutte le caratteristiche fondamentali alla base dello schema costruttivo dell’universo. Per questo motivo molti pensano alla teoria delle stringhe come candidata al ruolo di «Teoria del Tutto» (una TOE, come la chiamano gli anglosassoni, acronimo di Theory of Everything), nome un po’ pomposo per una teoria di massimo livello di profondità, capace di comprendere tutte le altre, senza che ci sia bisogno di ulteriori spiegazioni. Nella pratica, chi si occupa di teoria delle stringhe ha i piedi piú per terra e pensa alla sua teoria come a un oggetto capace di descrivere tutte le proprietà delle particelle fondamentali e delle loro interazioni. Un riduzionista rigoroso potrebbe dire che non c’è nessuna differenza: in linea di principio, tutto, dal big bang ai sogni, può essere descritto in termini di processi microscopici di tipo fisico che interessano i costituenti fondamentali della materia. Sapere tutto sulle particelle di base vuol dire sapere anche tutto il resto. Poche cose sono in grado di scaldare gli animi quanto il riduzionismo. C’è chi trova presuntuoso, quando non ripugnante, sostenere che le meraviglie del cosmo siano meri riflessi dei comportamenti di un pugno di particelle che danzano secondo la vacua coreografia delle leggi fisiche. Ma davvero la gioia, il dolore o la noia non sono che processi chimici interni al cervello, reazioni tra atomi e molecole, e quindi tra particelle che in realtà sono solo stringhe che vibrano? Il premio Nobel Steven Weinberg risponde cosí a queste critiche: All’altro capo ci sono gli avversari del riduzionismo, che sono indignati da quella che a loro sembra la tristezza della scienza moderna. Si sentono sminuiti dal fatto che il loro mondo può essere ridotto a questioni di particelle e di interazioni. Non mi sembra il caso di rispondere a queste critiche con un discorsetto edificante sulle meraviglie della scienza moderna. La visione del mondo di un riduzionista è davvero fredda e impersonale: deve essere accettata cosí com’è, non perché ci piace, ma perché cosí funzionano le cose. C’è chi è d’accordo con queste affermazioni forti, e chi no. Secondo altri studiosi, teorie come quella del caos ci mostrano che al crescere della complessità di un sistema entrano in gioco altri tipi di leggi: conoscere il comportamento di un elettrone o di un quark è un conto, applicare questa conoscenza per prevedere il tragitto di un tornado è un altro. Su questo punto molti concordano. Ma le opinioni divergono quando si tratta di stabilire se i fenomeni inattesi che avvengono al crescere della complessità siano manifestazioni di vere e proprie nuove leggi fisiche, o se si tratti di conseguenze – anche se terribilmente complicate da dimostrare -delle leggi che governano le singole, moltissime particelle elementari. Ho l’impressione che quest’ultima ipotesi sia giusta. Il fatto che sia impossibile spiegare le proprietà di un tornado in termini di elettroni e quark, mi sembra piú un problema computazionale che un segnale della presenza di nuove leggi fisiche. Ma, ripeto, non tutti sono d’accordo.

Ciò che non deve essere messo in discussione anche dai piú incalliti riduzionisti è che i principi sono una cosa e la pratica un’altra. Tutti sono d’accordo nell’affermare che la scoperta di una T.O.E. non significherebbe la fine della psicologia, della biologia, della geologia, della chimica o persino della fisica. L’universo è troppo complesso per far si che una sola teoria, seppur «definitiva» nel senso in cui la intendiamo qui, possa far suonare a morto la campana della scienza. Al contrario: una T.O.E. sarebbe il solido fondamento su cui costruire la nostra comprensione del mondo, e la sua scoperta segnerebbe un inizio, non una fine. La «teoria ultima » sarebbe un indistruttibile baluardo di coerenza che ci rassicurerebbe per sempre sulla penetrabilità dei misteri dell’universo.

FONTE

Brian Greene – L’Universo Elegante

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