Nuovi modelli per scoprire la mente di Dio

La "Teoria del tutto" è uno dei sogni più ambiti della scienza. Se è mai fosse scoperta, descriverebbe il funzionamento dell'Universo al livello più fondamentale, e fornirebbe la nostra comprensione della natura. Sarebbe anche la risposta al quesito della materia oscura e della forza di gravità. Non c'è da meravigliarsi che il celebre astrofisico Stephen Hawking abbia detto che una teoria del genere sarebbe "il trionfo definitivo della ragione umana - perché allora riusciremmo a conoscere la mente di Dio".

Ma i teorici non devono perdere altro tempo. Nonostante decenni di sforzi, i progressi sono stati lenti. Piuttosto che una o due teorie rivali cui meriti possono essere giudicati contro l'evidenza, vi è una profusione di candidati e preziosi pochi indizi su quale (se presenti) potrebbe rivelarsi corretta.

Ecco una breve guida ad alcune delle prime posizioni.

Teoria delle stringhe 

Questa è probabilmente la più nota "teoria del tutto" e la più studiata. Essa suggerisce che le particelle fondamentali che osserviamo non sono in realtà  particelle ma  minuscole stringhe si possono solo "guardare", come  particelle, con strumenti scientifici, perché sono estremamente piccole. Inoltre la matematica della teoria delle stringhe si basa anche su dimensioni extra spaziali, che l'uomo non ha potuto sperimentare direttamente. Questi sono suggerimenti radicali, ma molti teorici trovano la teoria delle stringhe come un postulato elegante e hanno proposto numerose variazioni sul tema di base che sembrano risolvere numerosi enigmi cosmologici. Tuttavia, esistono due grandi sfide da superare se si vuole convincere il resto della comunità scientifica che essa rappresenta  il miglior candidato.

In primo luogo, i teorici della stringa hanno finora fatto fatica a fare nuove previsioni che possano essere sperimentate. Così la teoria delle stringhe rimane soltanto "una teoria". In secondo luogo, ci son troppe varianti, una delle quali potrebbe essere corretta, ma va scelta tra le tante. Per risolvere questo problema, alcuni fisici hanno proposto un quadro più generale denominato M-teoria, che unifica molte teorie sulle stringhe. Ma ciò pone altri quesiti. A seconda di come la si imposti, la M-teoria può descrivere uno qualsiasi dei 10.500 universi. Alcuni fisici sostengono che questa è la prova che ci sono universi multipli, ma altri pensano che semplicemente la teoria è inaffidabile.

                          Gravità quantistica a lacci                             

Anche se non ha avuto la stessa esposizione mediatica, la gravità

quantistica a lacci è finora l'unico vero rivale della teoria delle stringhe. L'idea di base è che lo spazio non è continuo, come siamo soliti pensare, ma è invece suddiviso in fascie di 10-35 metri di larghezza. Queste sono poi collegate da legami per rendere lo spazio come lo osserviamo. Questi collegamenti sono ingarbugliati in trecce e nodi, che producono particelle elementari.

La gravità quantistica a lacci ha prodotto alcuni tentativi di previsioni e ha anche teorizzato sulla nascita dell'universo. Ma i suoi sostenitori hanno finora faticato ad inserire la gravità nelle loro teorie. E come con la teoria delle stringhe, un vero test sperimentale è ancora piuttosto lontano.

CDT

La CDT (Causal dynamical triangulations) sembra essere abbastanza simile alla gravità quantistica a lacci, a prima vista. Proprio come questa, suddivide lo spazio in piccoli "mattoni", la CDT presuppone che lo spazio-tempo venga suddiviso in blocchi da costruzione, quattro pezzi dimensionali chiamati pentachorons.

Il pentachorons può quindi essere incollato insieme per produrre un grande scala dell'Universo, che si rivela essere a tre dimensioni spaziali e una temporale, proprio come quella vera. Tuttavia c'è un grave inconveniente: la CDT nella sua forma attuale non può spiegare l'esistenza della materia.

Gravità quantistica di Einstein

Questa idea, proposta da Martin Reuter dell'Università di Mainz, in Germania, prende una direzione piuttosto diversa. Parte del problema della gravità unificante e della meccanica quantistica è ciò che accade alla forza di gravità su scale di piccole dimensioni. Più due oggetti sono più vicini gli uni agli altri, più forte sarà l'attrazione gravitazionale tra di loro, ma la gravità agisce anche su se stessa e di conseguenza, a distanze molto piccole si avvia un ciclo di ritorno. Secondo le teorie tradizionali della forza dovrebbe diventare forte - il che significa che c'è qualcosa di sbagliato con le teorie convenzionali.

Tuttavia, Reuter ha messo a punto un modo per generare un "punto fisso": una distanza al di sotto della quale la gravità cessa di crescere. Ciò potrebbe contribuire a risolvere il problema, e condurre a una teoria quantistica della gravità.

Gravità quantica

Tutte le teorie precedenti presuppongono che lo spazio e il tempo esistono e quindi su di esse cercano di costruire il resto dell'universo. La gravità quantica, da un'idea di Fotini Markopoulou del Perimeter Institute for Theoretical Physics a Waterloo, Ontario, Canada, e colleghi cerca di sbarazzarsi di questi due fattori. Quando l'Universo si è formato nel Big Bang, secondo Markopoulou lo spazio non era come noi lo conosciamo oggi. Invece, vi era una rete astratta di "nodi" nello spazio, in cui ogni nodo è collegato a tutti gli altri. Successivamente, questa rete è crollata e alcuni dei nodi si è staccato dagli altri, formando il vasto universo che vediamo oggi.

Realività interna

Sviluppato da Olaf Dreyer del Massachusetts Institute of Technology, la relatività internasi propone di spiegare come la relatività generale, potrebbe verificarsi in un mondo quantistico. Ogni particella nell'universo ha una proprietà chiamata "spin", che può essere liberamente pensatoa come ciò che accade alla particella quando viene ruotata. Il Modello di Dreyer immagina un sistema di spin esistenti indipendentemente della materia e disposti in modo casuale. Quando il sistema raggiunge una temperatura critica, gli spin si allinenano, formando un modello ordinato. Questi non si possono vedere. Tutto ciò che si vede sono i loro effetti, che Dreyer ha dimostrato comprendere lo spazio-tempo e materia. Egli ha anche riuscito a ricavare la gravità di Newton dal modello: tuttavia, la relatività generale non è ancora emersa.

E8

Nel 2007 il fisico (e talvolta surfista) Garrett Lisi ha fatto notizia, con una possibile teoria della Camera everythingMovie. Il polverone è stato innescato da un documento di discussione chiamato E8, un complesso di otto dimensioni del modello matematico con 248 punti. Lisi ha dimostrato che le particelle varie e le forze fondamentali note per la fisica potrebbero essere messe sui punti del modello E8, e che molte delle loro interazioni poi sono emerse in modo naturale.Alcuni fisici hanno fortemente criticato la carta, mentre altri hanno dato un cauto benvenuto. A fine 2008, Lisi ha ottenuto un contributo per continuare i suoi studi dell'E8.

traduzione a cura di Arthur McPaul 

link: http://www.newscientist.com/article/dn18612-knowing-the-mind-of-god-seven-theories-of-everything.html?full=true