“La domanda sconosciuta” – la fine dello spazio-tempo

Le leggi della natura che mutano forma sembrano essere la risposta a una domanda matematica sconosciuta

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La domanda sconosciuta - La fine dello spazio-tempo

Il fisico teorico Nima Arkani-Hamed, professore all’Istituto per lo studio avanzato (IAS) di Princeton, nel New Jersey, ci porta oltre il limite, oltre Einstein, oltre la meccanica quantistica e spaziale e i tropici della fisica del XX secolo, ad un spettacolare nuova visione del cosmo. Nel 2012, ha vinto il primo Premio di Fisica Fondamentale da 3 milioni di dollari “per approcci originali ai problemi in sospeso nella fisica delle particelle, tra cui la proposta di grandi dimensioni extra, nuove teorie per il bosone di Higgs, nuove realizzazioni di supersimmetria, teorie per la materia oscura e esplorazione di nuove strutture matematiche nella teoria della gauge che diffondono le ampiezze.”

Insomma, un cervellone di quelli che esplorano l’universo tramite visioni che solo pochi altri sono capaci di concepire.

Al momento è alle prese con l’universo, scrive Béatrice de Géa su Quanta, cercando di capire se le proprietà dell’universo sono inevitabili, prevedibili, cioè “naturali” bloccandosi insieme in uno schema sensibile, o “se l’universo è estremamente innaturale, una permutazione peculiare tra innumerevoli altre possibilità, osservato per nessun’altra ragione che le sue condizioni speciali permettono alla vita di sorgere“.

Un universo naturale è, in linea di principio, conoscibile. Ma se l’universo fosse innaturale e costruito per la vita, osserva Arkani-Hamed, insomma “il fortunato esito di una ruota della roulette cosmica, allora è ovvio che deve esistere un vasto e diversificato “multiverso” composto di universi al di là della nostra portata, il prodotto senza vita di rotazioni meno fortunate della ruota della fortuna cosmica. Questo multiverso rende impossibile comprendere pienamente il nostro universo alle sue condizioni.

Le particelle elementari note, conclude Béatrice de Géa, codificate in un gruppo di equazioni sviluppate negli ultimi 40 anni chiamatoModello Standard“, mancano di un modello ragionevole e sembrano straordinariamente sintonizzate per la vita.

Arkani-Hamed e altri fisici delle particelle, guidati dalla convinzione della naturalezza dell’universo, hanno trascorso decenni ad escogitare modi intelligenti per adattare il Modello Standard ad un modello più ampio e naturale mentre i collisori di particelle come il Large Hadron Collider non sono riusciti a provare le loro ipotesi sotto forma di supersimmetria, nuove particelle e fenomeni “sempre più rivolti verso la prospettiva tetra e radicale che la naturalezza è morta.”

La fine dello spazio-tempo

Oggi molti fisici si sentono intrappolati, scrive Natalie Wolchover sul The New Yorker e vedono la necessità di riformulare le teorie della fisica moderna in un nuovo linguaggio matematico. “Hanno la sensazione“, scrive, “di avere bisogno di trascendere la nozione che gli oggetti si muovono e interagiscono nello spazio e nel tempo. La teoria della relatività generale di Einstein intreccia meravigliosamente spazio e tempo in un tessuto quadridimensionale, noto come spazio-tempo, e equipara la gravità con gli orditi in quel tessuto. Ma la teoria di Einstein e il concetto spazio-temporale smettono di essere validi all’interno dei buchi neri e al momento del big bang. Lo spazio-tempo, in altre parole, potrebbe essere una traduzione di qualche altra descrizione della realtà che, sebbene più astratta o non familiare, può avere un maggiore potere esplicativo.”

Nel 2013, Nima Arkani-Hamed e Jaroslav Trnka hanno scoperto una riformulazione delle ampiezze di dispersione che non fa riferimento né allo spazio né al tempo, piuttosto hanno scoperto che le ampiezze di certe collisioni di particelle sono codificate nel volume di un oggetto geometrico simile a un gioiello, chiamato “amplituhedron” che semplifica drasticamente i calcoli delle interazioni tra particelle e sfida la nozione che spazio e tempo sono componenti fondamentali della realtà.

L’amplituhedron, collega perfettamente le immagini di grandi e piccole dimensioni dell’universo. Potrebbe essere d’aiuto rimuovendo due principi della fisica profondamente radicati: località e unitarietà.

Entrambi sono cablati nel solito modo di pensare alle cose“, ha detto Nima Arkani-Hamed, “Entrambi sono sospetti.

Questa scoperta li ha portati ad esplorare questa nuova formulazione geometrica delle ampiezze di dispersione delle particelle, sperando che possa condurre lontano dalla nostra concezione quotidiana, legata allo spazio, verso una struttura esplicativa della realtà più “grandiosa.

La domanda sconosciuta

Per Arkani-Hamed, le leggi della natura suggeriscono una diversa concezione di ciò che è la fisica. “Non stiamo costruendo una macchina che calcola le risposte“, dice, “invece stiamo scoprendo delle domande. Le leggi della natura che mutano forma sembrano essere la risposta a una domanda matematica sconosciuta“.

L’ascensione al decimo livello del paradiso intellettuale“, dice Nima Arkani-Hamed, descrivendo il fine ultimo della fisica, “sarebbe se trovassimo la domanda a cui l’universo è la risposta, e la natura di quella domanda dovrebbe essere in grado di spiegare essa stessa perché è stato possibile descriverlo in tanti modi diversi.”

Ora sembra che le risposte ci circondino. È la domanda che non conosciamo.”

E senza la domanda non è possibile dare un ordine alle risposte.

Reccom Magazine tramite The Daily Galaxy, Institute for Advanced Studies,  The New Yorker e Quanta