Einstein al limite
Le crisi che aiutano a crescere
di Stefano Liberati
a.
Il pianeta Mercurio in “falsi colori”, ripreso dalla sonda Messenger della Nasa. Il moto anomalo di Mercurio rappresentò la prima conferma della relatività generale.
b.
Rappresentazione artistica della struttura dello spaziotempo a piccolissime scale. È illustrato uno zoom dello spaziotempo alla scala di Planck (dell’ordine di 10-35 metri). Si visualizza quanto la sua struttura sia mutevole e complessa a causa della natura quantistica della gravità a queste scale.
Rappresentazione artistica della struttura dello spaziotempo a piccolissime scale. È illustrato uno zoom dello spaziotempo alla scala di Planck (dell’ordine di 10-35 metri). Si visualizza quanto la sua struttura sia mutevole e complessa a causa della natura quantistica della gravità a queste scale.
Un’ultima riflessione è forse opportuna sulla terra di confine tra le teorie, ovvero su quei regimi in cui la teoria originaria non è più del tutto predittiva, ma ancora gli effetti della teoria più generale sono deboli. Queste “terre di mezzo” sono forse le aree di ricerca più interessanti, perché in esse si possono trovare risposte su quale teoria più generale rimpiazzerà la vecchia. Ad esempio, l’attuale modello cosmologico basato sulla relatività generale spiega le osservazioni al costo di introdurre due componenti sconosciute, la materia e l’energia oscura, che dovrebbero costituire circa il 95% dell’universo. Ma come possiamo sapere se stiamo ripetendo il successo della predizione di Nettuno o l’illusione di Vulcano? Parametrizzare il discostamento dalla teoria newtoniana permette di controllare se quello che c’è oltre il suo confine lascia le tracce tipiche della teoria di Einstein o di qualche altra teoria classica con più variabili. Finora tutto è in accordo con la relatività generale, ma siamo lontani dall’aver sondato tutte le scale immaginabili. I dati sempre più precisi in cosmologia, e la recente osservazione delle onde gravitazionali, ci permetteranno di conoscere sempre più accuratamente la terra di mezzo tra Newton ed Einstein e di capire sempre meglio se la relatività generale sia esattamente la teoria classica della gravità, anche a grandi scale o per campi gravitazionali estremi. Ma lo studio della terra di mezzo può far di più che testare il legame tra due teorie esistenti, può forse indicarci come costruire una teoria più generale. Questo è il caso della “fenomenologia della gravità quantistica”, un campo sviluppatosi negli ultimi vent’anni che mette alla prova osservativa e sperimentale possibili deviazioni nella fisica osservabile indotte da quella oltre la scala di Planck. Tali deviazioni non sono al momento predizioni univoche di una specifica teoria della gravità quantistica, ma implicazioni generali di possibili scenari. Ad esempio, la presenza di una scala di lunghezza fondamentale potrebbe implicare che la relatività speciale valga solo alle nostre scale di energia, ma sia violata vicino alla scala di Planck. Ebbene tali congetture possono oggi essere sottoposte a verifica ad esempio attraverso le osservazioni dell’astrofisica delle alte energie. La terra di mezzo sembra essere molto ricca in questo caso, e forse ingiustamente a lungo trascurata. Come in un processo evolutivo delle idee, le nostre teorie fisiche si trasformano e raffinano al fine di spiegare sempre meglio l’universo che ci circonda. Molte “mutazioni” non hanno seguito, altre si rivelano utili a spiegare e predire più fenomeni naturali. Non sappiamo se questo processo avrà mai fine, ma certamente solo attraverso di esso potremo progredire nella nostra conoscenza della natura.
Biografia
Stefano Liberati, astrofisico, è professore presso la Sissa di Trieste nel gruppo di fisica astroparticellare. Ha conseguito il Ph.D. nel 2000 e ha poi lavorato come post-doc negli Stati Uniti presso l’Università del Maryland. È membro del consiglio direttivo della Società Internazionale di Relatività Generale e Gravitazione e del suo corrispettivo italiano, la Sigrav. I suoi campi di ricerca sono nell’ambito della teoria della gravitazione, spaziando dalla fenomenologia della gravità quantistica agli aspetti termodinamici della fisica dei buchi neri.
DOI: 10.23801/asimmetrie.2017.22.7
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