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 12/05/2011 02:30 | |
- Einstein e l'Unificazione delle Forze
' LA FISICA DELL'INCREDIBILE '
Oggi molti scienziati credono che possa esistere una chiave capace di far comprendere il segreto matematico che sta al cuore dell’universo, la cosiddetta “teoria del tutto”; il sogno di descrivere tutto l’universo in un’equazione. Sogno non nuovo: Einstein spese la seconda parte della propria vita nella ricerca infruttuosa e solitaria di tale teoria.
Essa è una ipotetica teoria di fisica che spiega interamente e collega assieme tutti i fenomeni fisici conosciuti. Inizialmente il termine fu usato con connotazione ironica per riferirsi alle varie teorie supergeneralizzate; in seguito, il termine si fissò nelle popolarizzazioni della fisica quantistica per descrivere una teoria che avrebbe unificato o spiegato attraverso un solo modello le teorie di tutte le Interazioni fondamentali della natura.
Ci sono state molte teorie del tutto proposte dai fisici teorici nell'ultimo secolo, ma nessuna è stata confermata sperimentalmente. Il problema principale nel produrre una teoria del tutto è che le teorie accettate della meccanica quantistica e della relatività generale sono difficili da combinare: molti fisici credono che la M-teoria a 11 dimensioni, che viene descritta in molti settori come teoria della matrice di stringhe, in molti altri come teoria delle stringhe perturbative, è una teoria completa del tutto, ma molti altri fisici non concordano.Andando un momento a ritroso nel tempo, fin nell’ antica Grecia, nel VI secolo a. C., apparvero dei pensatori che cercavano di scoprire il “principio” unico alla base dell’infinita diversità delle cose. Per Talete fu l’acqua; per Anassimene, l’aria; per Eraclito, il fuoco; per Anassimandro, l’illimitato. Per Platone la teoria del tutto si può riassumere nella frase “tutto è triangolo”. Anche nel medioevo si tentò di codificare e ordinare tutto quanto si sapeva sul cielo e la terra. I grandi sistemi come la “Summa” di Tommaso d’Aquino o la “Divina Commedia” di Dante cercavano di sintetizzare tutta la conoscenza dell’epoca.
Ma è la storia delle teorie fisiche che fa pensare a un graduale sviluppo verso l’unificazione. La prima grande sintesi si deve a Newton, che dimostrò che il moto dei proiettili sulla terra e le orbite dei pianeti si potevano spiegare con la stessa semplice legge. Analogamente, Maxwell propose una teoria unificata dell’elettricità e del magnetismo. Nel XX secolo la teoria di Newton è stata scalzata dalla teoria della relatività generale di Einstein, mentre la teoria di Maxwell è stata ampliata per creare una teoria quantistica dei campi, chiamata elettrodinamica quantistica.
Negli ultimi decenni sono stati compiuti notevoli progressi nell’identificazione delle particelle fondamentali e nella conoscenza delle loro reciproche interazioni. Tuttavia, restano da risolvere molti altri problemi, due dei più importanti riguardano la gravitazione. Il primo è che non si sa come la gravitazione sia collegata alle altre forze fondamentali; il secondo è che non esiste alcuna teoria accettabile della gravitazione in accordo con i principi della meccanica quantistica.
Tra le forze fondamentali della natura, la gravitazione è stata la prima a essere scoperta e la prima per cui sia stata trovata una precisa teoria matematica, pubblicata da Newton nei suoi Principia nel 1687. Egli formulò la semplice legge secondo cui la forza gravitazionale agisce universalmente tra qualsiasi coppia di particelle con un’intensità direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. In tal modo egli fu in grado di calcolare sia il moto dei proiettili terrestri, che risultò in accordo con le osservazioni di Galileo, sia le orbite dei pianeti, in accordo con le leggi empiriche formulate da Keplero. La scoperta di una legge della forza capace di descrivere correttamente tanto i moti terrestri quanto quelli dei corpi celesti offriva una sintesi mirabile. Un’unificazione dello stesso genere si ottenne nella trattazione dell’elettromagnetismo. Nel secolo XIX Maxwell dimostrò che l’elettricità statica che si produce quando ci pettiniamo i capelli, la forza magnetica agente sull’ago di una bussola e la luce emessa da una candela o dal sole erano fenomeni correlati da un gruppo di equazioni differenziali, che sono note oggi con il nome di equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico. Verso la fine del secolo XIX era opinione corrente che tutte le manifestazioni complesse della gravitazione e dell’elettromagnetismo si potessero descrivere attraverso le leggi di Newton e di Maxwell. Questo modo di vedere le cose fu però messo in crisi da una serie di risultati sperimentali ottenuti nei decenni a cavallo fra i due secoli: ad esempio che la velocità della luce, diversamente dalla velocità di tutte le altre onde, non dipende dal moto dell’osservatore; o la difficile interpretazione delle righe spettrali discrete degli atomi. Queste discrepanze vennero risolte con lo sviluppo di due teorie destinate a diventare pietre miliari della fisica moderna: la teoria della relatività ristretta e la meccanica quantistica. Per poter arrivare a questo risultato si dovettero abbandonare i concetti di tempo assoluto e di determinismo nel moto delle particelle. Nella relatività ristretta il tempo e lo spazio erano correlati, mentre nella meccanica quantistica si era dimostrato che particelle e onde sono equivalenti. In tal modo fu possibile capire perché la velocità della luce è la stessa per tutti gli osservatori e perché le righe spettrali degli atomi hanno frequenze discrete fisse. Nella teoria newtoniana della gravitazione il tempo e lo spazio non sono strettamente correlati come nella relatività ristretta e quindi la relatività ristretta rese necessaria una revisione della teoria della gravitazione. Una siffatta teoria fu proposta, poi, dallo stesso Einstein nel 1916 e fu chiamata teoria della relatività generale.
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