Perché l'unificazione è necessaria
La fisica possiede due quadri fondamentali: la relatività generale (gravità, curvatura dello spazio-tempo, grandi scale) e la meccanica quantistica (forze elettromagnetica, debole e forte, piccole scale). Sono matematicamente incompatibili alla scala di Planck (10⁻³⁵ m, 10¹⁹ GeV). Combinarle produce infiniti che non possono essere eliminati. È necessaria una teoria della gravità quantistica. La teoria delle stringhe afferma di fornirne una.
Cosa sono le stringhe
Nella teoria delle stringhe, le particelle puntiformi sono sostituite da minuscoli oggetti unidimensionali (stringhe) lunghi circa 10⁻³⁵ m — la lunghezza di Planck. Le stringhe aperte hanno estremità libere; le stringhe chiuse sono anelli. Il modo di vibrazione di una corda determina quale particella sembra essere: un modo è un fotone, un altro è un elettrone, un altro è il gravitone (ipotetico portatore di gravità). Lo spettro include automaticamente una particella di spin 2 che si comporta come un gravitone — un fatto che ha entusiasmato enormemente i fisici negli anni '70.
Dimensioni extra
La teoria delle stringhe funziona matematicamente solo in 10 dimensioni (o 11, nella teoria M). Le 6 (o 7) dimensioni spaziali aggiuntive sono 'compatificate' — arrotolate così strettamente da non poter essere rilevate alle energie accessibili. La forma delle dimensioni extra determina la fisica — quali particelle esistono, quali sono le loro masse, quali forze agiscono. Esistono circa 10⁵⁰⁰ compatificazioni possibili (il 'paesaggio') — essenzialmente, ogni fisica è raggiungibile.
Venti domande, otto minuti di orologio e un percentile misurato su tutti quelli che l’hanno fatto. Senza registrazione.
Fai il test del QI →Il problema
Il paesaggio della teoria delle stringhe implica che non predice nulla di specifico: per ogni osservazione, esiste una compatificazione che la produce. I critici (Lee Smolin, Peter Woit) sostengono che ciò la renda non falsificabile e quindi non scientifica. I difensori sostengono che il paesaggio sia una selezione antropica — osserviamo una fisica compatibile con la vita. Dopo 50 anni, nessuna previsione unica della teoria delle stringhe è stata sperimentalmente confermata.
Domande frequenti
Cos'è la teoria delle stringhe in termini semplici?
La teoria delle stringhe propone che tutte le particelle fondamentali siano in realtà minuscole stringhe vibranti di energia, non oggetti puntiformi. Diversi modi di vibrazione di una stringa corrispondono a particelle diverse. La teoria richiede dimensioni spaziali extra oltre alle nostre tre e include automaticamente la gravità — rendendola una candidata per unificare tutte le forze fondamentali.
Perché la teoria delle stringhe non è stata dimostrata?
La teoria delle stringhe opera alla scala di Planck (10⁻³⁵ m), energie circa 10¹⁵ volte superiori a quelle che l'LHC può raggiungere. Nessun esperimento attuale può sondarla direttamente. Più fondamentalmente, la teoria ha un 'paesaggio' di ~10⁵⁰⁰ soluzioni possibili, il che significa che può accogliere virtualmente qualsiasi risultato sperimentale — rendendola difficile da falsificare.
Cos'è la teoria M?
La teoria M è un quadro a 11 dimensioni proposto da Edward Witten nel 1995 che unifica le cinque diverse versioni della teoria delle stringhe a 10 dimensioni in un unico quadro. La 'M' sta per membrana, mistero o matrice a seconda di chi lo chiedi. La teoria M contiene non solo stringhe ma oggetti di dimensioni superiori chiamati brane. È il miglior candidato attuale per una teoria delle stringhe completa, ma è ancora meno compresa delle singole teorie delle stringhe.