DOMANI: LA TEORIA DEL TUTTO

Tutte le leggi della creazione descritte da una sola teoria? I fisici ne sono convinti, e la cercano fin dai tempi di Einstein.

IL PRIMO SUCCESSO
Al tempo di Einstein la forza debole e quella forte non erano ancora state scoperte ma egli trovava già insopportabile l’esistenza di due forze distinte, gravità ed elettromagnetismo. Si mise così alla ricerca di una "teoria del campo unificato", una relazione matematica capace di descriverle entrambe dimostrando che erano manifestazioni di un’unica forza come elettricità e magnetismo.

Einstein dedicò a questo progetto alcuni decenni, infruttuosamente. Nel frattempo furono scoperte le altre due forze, il che rese ancor più difficile l’impresa. Verso la fine degli anni ‘60 però gli americani Steven Weinberg, Sheldon L. Glashow e il pakistano Abdus Salam idearono un modello matematico che descriveva la forza elettromagnetica e quella debole come aspetti di un’unica "forza elettrodebole".

Ma com’è possibile che forze d’intensità tanto diversa possano assumere la stessa forma? In realtà l’intensità effettiva delle forze non è costante in assoluto, ma cambia in funzione della temperatura dell’ambiente in cui agiscono.
L’intensità della forza debole e di quella elettromagnetica variano all’aumentare della temperatura fino a diventare simili verso il milione di miliardi di gradi (corrispondente a un’energia di 100 miliardi di elettronvolt). E’ a quel punto che le due forze si combinano nell’unica forza elettrodebole.

LA GRANDE UNIFICAZIONE
Al crescere ulteriore della temperatura anche la forza nucleare forte sì indebolisce avvicinandosi per intensità a quella elettrodebole. Ma per osservarne l’unificazione bisognerebbe raggiungere la fantastica temperatura di 10 miliardi di miliardi di miliardi di gradi.

Questo non toglie che molti fisici siano tuttora convinti di essere sulla strada giusta. Ancora qualche modifica e la Teoria di grande unificazione (GUT), proposta nella sua prima formulazione nel 1973, descriverà anche la forza forte: tre su quattro.

L’ultima forza rimasta. la gravità, continua però a sfuggire all’unificazione. Infatti, nel momento in cui si usa la GUT per calcolare alcune proprietà che dovrebbero potersi misurare sperimentalmente si ottengono valori infinitamente grandi anziché numeri sensati.

"La difficoltà principale nel trovare una teoria che unifichi la gravità con le altre forze è data dal fatto che la relatività generale è una teoria classica, ossia non incorpora il principio d'indeterminazione della meccanica quantistica"
Stephen Hawking

LE SUPER CORDE
Nel 1984 Edward Witten, Michael Green e John Schwarz proposero però una nuova teoria fisica, la cui potenza risiede nel concetto di "corda".

Secondo questa teoria, se potessimo esaminare le particelle fondamentali - come quark ed elettroni - con un "ingrandimento" centomila miliardi di volte maggiore di quello che ci è permesso dalle tecnologie attuali scopriremmo che esse non sono palline ma minuscole linee o anelli sottilissimi.

La teoria afferma che le proprietà delle particelle osservate - comprese quelle che veicolano le forze - sono il riflesso dei vari modi in cui queste microscopiche stringhe possono vibrare, come corde di una chitarra. Anziché produrre note musicali, però. ciascuna delle possibili vibrazioni ci appare come una diversa particella.
Così l’elettrone è una corda che vibra in un certo I modo, il quark down una corda che vibra in un altro modo, il fotone una corda che vibra in un altro modo ancora, e così via. Le interazioni tra particelle diventano allora fusioni e scissioni di corde.

UNA SPIEGAZIONE PER TUTTO
Tutto troppo pittoresco’? Forse, ma la sostituzione delle particelle puntiformi con corde è ciò che ha permesso di trovare un punto idi contatto tra la gravità e le altre forze.
Un’eventualità che si presenta però vicino alla più alta temperatura mai raggiunta in natura, quella del Big Bang e non è dunque sperimentabile sulla Terra. Nondimeno, un numero sempre maggiore di fisici e di matematici è convinto che la teoria delle supercorde potrebbe fornire la "spiegazione ultima" già ricercata da Einstein.
Partendo da un solo principio (cioè che tutto, a livello microscopico non è che una combinazione di corde vibranti) la teoria fornisce infatti una cornice di riferimento entro cui racchiudere tutte le forze e tutta la materia.
Semplificando al massimo, potremmo affermare che le particelle sono le note prodotte dalle vibrazioni delle microscopiche corde. E che l’universo è la musica che con queste note è stata composta.

Per questa ragione la teoria delle supercorde è stata definita la migliore candidata al titolo di Teoria del tutto: la descrizione definitiva delle proprietà fondamentali dell’universo. Non che essa fornisca una risposta a qualsiasi interrogativo, ma dovrebbe finalmente spiegarci perché esistono i quark o gli elettroni e non altre particelle. In sostanza svelarci la struttura su cui è costruito il mondo intero.

SPAZI A PIU’ DIMENSIONI
La teoria delle supercorde tuttavia ha una struttura concettuale così profonda che siamo ancora ben lontani dall’averne piena padronanza. La sua matematica è così complicata che finora non se ne conoscono neppure le esatte equazioni ma solo delle approssimazioni risolte parzialmente.

"La teoria potrà richiedere ancora decenni o addirittura secoli per essere completamente sviluppata e compresa" prevede Greene. Basti dire che uno dei suoi requisiti è che l’universo abbia un numero di dimensioni (a seconda delle formulazioni 10, 11 o 26) ben maggiore delle tre che vediamo. Dove sono allora queste dimensioni extra? Secondo gli scienziati sarebbero rimaste intrappolate nel finissimo tessuto spazio-temporale dell’universo e non si sono potute espandere, cosicché la loro i esistenza è per noi impercettibile. Perché questo sia avvenuto è però ancora un mistero.

Se la teoria delle supercorde è corretta, il microscopico tessuto del nostro universo è dunque un labirinto multidimensionale intrecciato. all’interno del quale le corde vibrano e si attorcigliano senza posa. Lontano dall’essere dettagli accidentali, le proprietà dei mattoni elementari della natura sarebbero invece profondamente legate al tessuto dello spazio-tempo.

A distanza di mezzo secolo, il sogno di Einstein di una teoria unitaria sembra oggi vicino a realizzarsi.

Approfondimento: "La teoria del tutto" di Spethen Hawking (Presentazione Power Point)