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Trascrizione

Qual è la vera natura dell’universo?

Per rispondere a questa domanda,

gli umani hanno inventato storie per descrivere il mondo

Testiamo le nostre storie,

imparando cosa tenere e cosa buttar via.

Ma più cose impariamo,

più le nostre storie diventano complesse e strane.

Alcune a tal punto

che è veramente difficile capire di cosa parlino.

Come la teoria delle stringhe:

una storia ben nota, controversa

e spesso non compresa sulla natura di tutto.

Perché l’abbiamo inventata? Ed è corretta?

O è solo un’idea che dovremmo buttare?

Kurzgesagt - In poche parole

Per comprendere la vera natura della realtà,

guardiamo le cose da vicino rimanendone affascinati.

Paesaggi sorprendenti nella polvere,

zoo di creature bizzarre,

complessi robot di proteine,

tutti formati da strutture di molecole fatte

da innumerevoli e piccoli oggetti: gli atomi.

Pensavamo che fossero l’ultimo strato della realtà

finché non li abbiamo fatti scontrare veramente forte

e scoperto oggetti che non potevano essere più divisi:

le particelle elementari.

Ma ora abbiamo un problema: sono così piccole

che non possiamo più osservarle.

Pensateci: cos’è la vista?

Per vedere qualcosa ci serve la luce,

un’onda elettromagnetica.

Quest’onda colpisce la superficie dell’oggetto,

venendo riflessa verso l’occhio.

L’onda porta l’informazione dall’oggetto

che il cervello usa per creare un’immagine.

Quindi non puoi vedere qualcosa senza, in qualche modo, interagirvi.

Vedere è toccare:

un processo attivo e non passivo.

Tutto ciò non è un problema con la maggior parte delle cose,

ma le particelle sono davvero, davvero, davvero minuscole.

Così piccole, che le onde elettromagnetiche che usiamo per vedere

son troppo grandi per toccarle:

la luce visibile semplicemente le ignora.

Possiamo provare a risolvere la cosa creando

onde elettromagnetiche con lunghezza d’onda sempre più ampie e brevi,

ma lunghezza d’onda più ampia significa più energia

quindi quando tocchiamo una particella con un’onda che ha molta energia,

viene alterata.

Guardando una particella, la cambiamo

quindi non possiamo misurare con precisione le particelle elementari.

Ciò è così importante da avere un nome:

il principio d’indeterminazione di Heisenberg,

il fondamento di tutta la fisica quantistica.

Quindi, che aspetto ha dunque una particella?

Qual è la sua natura?

Non lo sappiamo.

Se ci sforziamo di osservare, possiamo vedere una poco definita sfera d’influenza

ma non le particelle in sé:

sappiamo solo che esistono.

Ma se è così, come facciamo a lavorarci?

Abbiamo fatto ciò che gli umani fanno e inventato una storia nuova,

un romanzo matematico.

La storia del punto materiale.

Abbiamo deciso di fingere che una particella sia un punto nello spazio.

Ogni elettrone è un punto con determinata carica elettrica

e una determinata massa,

ognuno indistinguibile da un altro.

In questo modo, i fisici hanno potuto definirli e calcolare

ogni loro interazione.

Questa si chiama teoria quantistica dei campi,

ed ha risolto molti problemi.

Tutto del modello standard della fisica delle particelle è basato su di esso

e predice benissimo molte cose.

Alcune proprietà quantistiche dell’elettrone, ad esempio,

sono state verificate e sono accurate fino allo 0.0000000000002%

Quindi anche se le particelle non sono effettivamente dei punti,

trattandole come tali

otteniamo un’immagine notevole dell’Universo.

Quest’idea non è solo scienza di alto livello,

ma ha anche portato a molte tecnologie attuali d’uso quotidiano.

Ma c’è un problema enorme: la gravità.

Nella meccanica quantistica, tutte le forze sono trasportate

da determinate particelle.

Ma in accordo con la relatività generale di Einstein,

la gravità non è come le altre forze dell’Universo.

Se l’Universo fosse uno spettacolo teatrale, le particelle sono gli attori

ma la gravità è il palco.

Per porlo in maniera semplice, la gravità è un’idea geometrica:

la geometria dello spaziotempo stesso,

di distanze che dobbiamo calcolare con precisione assoluta.

Ma siccome non c’è modo di calcolare precisamente le cose

nel mondo quantistico, la storiella della gravità non funziona

con quella della meccanica quantistica.

Quando i fisici hanno provato ad inserire la gravità nel quadro

inventando una nuova particella…

la loro matematica è crollata.

E questo è un gran problema.

Se riuscissimo a unire la gravità alla fisica quantistica ed al modello standard,

otterremmo la teoria del tutto.

Quindi persone molto brillanti hanno inventato una nuova storia:

si sono chieste “Cos’è più complesso di un punto?”

Una linea, o una stringa.

La teoria delle stringhe era nata.

Ciò che rende la teoria delle stringhe così elegante

è che descrive le diverse particelle elementari come diversi modi

di vibrare della stringa.

Proprio come la corda di un violino, vibrando in maniera diversa,

può dare note differenti, una stringa può dare particelle differenti.

Cosa più importante, questo include la gravità.

La teoria delle stringhe promise di unire tutte le forze fondamentali

dell’Universo. Questo procurò molto entusuasmo ed aspettative:

la teoria delle stringhe presto si elevò ad una possibile teoria del tutto.

Sfortunatamente, tutte le stringhe vengono al pettine.

Molta della matematica che implica la teoria delle stringhe

non funziona nel nostro Universo in tre dimensioni spaziali

più una temporale.

La teoria delle stringhe richiede dieci dimensioni per funzionare.

Quindi i fisici teorici che ci lavorano fanno calcoli in universi modello,

per poi cercare di eliminare le sei dimensioni superflue

e descrivere il nostro universo.

Ma finora nessuno ha avuto successo, e nessuna

delle predizioni della teoria delle stringhe è stata dimostrata con un esperimento.

La teoria delle stringhe quindi non ha rivelato la natura dell’Universo.

Qualcuno potrebbe dire, in questo caso,

che la teoria delle stringhe non sia per niente utile.

La scienza si basa su esperimenti e previsioni:

se non possiamo farli, perché insistere con le stringhe?

Dipende tutto da come le usiamo.

La fisica si basa sulla matematica: due più due fa quattro;

questo è vero indipendentemente da quello che pensi.

E la matematica della teoria delle stringhe funziona:

ecco perché la teoria delle stringhe è comunque utile.

Immagina di voler costruire una nave da crociera, ma hai solo

i progetti per costruire una barcetta a remi.

Ci sono tantissime differenze: il motore,

i materiali, la scala.

Ma sono entrambe fondamentalmente la stessa cosa:

cose che galleggiano.

Quindi studiando i progetti della barca a remi,

potresti comunque finire per imparare qualcosa sulla costruzione di una nave da crociera.

Con la teoria delle stringhe possiamo provare a rispondere ad alcune domande

sulla gravità quantistica che hanno scervellato gli scenziati per decenni,

come il funzionamento dei buchi neri o il paradosso dell’informazione.

La teoria delle stringhe potrebbe metterci sulla strada giusta.

Quando usata in questa maniera, la teoria delle stringhe diventa

uno strumento prezioso per i fisici teorici

e li aiuta a scoprire nuovi aspetti del mondo quantistico

e un po’ di matematica strabiliante.

Quindi forse la storia della teoria delle stringhe

non è la teoria del tutto,

ma proprio come la storia del punto materiale

potrebbe essere una storia molto utile.

Ancora non sappiamo quale sia la vera natura della realtà,

ma continueremo ad inventare storie per provare a scoprirlo

finché un giorno, se tutto va bene, lo sapremo.

Questo video è stato supportato dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica

e realizzato con la consulenza scientifica di Alessandro Sfrondini

Ringraziamo anche Alessandra Gnecchi, Pieralberto Marchetti e David Thong per la loro consulenza e gli studenti del MNG Rämibühl di Zurigo.

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