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Un modello della gravità in uno spaziotempo a più dimensioni

Di recente, abbiamo pubblicato un articolo su un modello ‘alternativo’ che descrive l’origine dell’Universo da un buco nero multidimensionale (post). Al momento, nessuno sta abbandonando il modello del Big Bang dato che il lavoro proposto da tre teorici non è ancora stato soggetto a revisione e poi non presenta una vera e propria alternativa al modello cosmologico standard. In realtà, nel loro articolo gli scienziati propongono una teoria della gravità a più dimensioni.

L’attuale teoria ‘standard’ della gravità, formulata con le equazioni della relatività generale, descrive la geometria dello spaziotempo mediante tre dimensioni spaziali (3) e una dimensione del tempo (1): dunque, lo spaziotempo è quadridimensionale (3+1), una rappresentazione molto accurata dell’Universo che osserviamo. Ma ai teorici piace introdurre ipotesi alternative per vedere se esistono delle deviazioni dalla teoria di Einstein. Ad esempio, si può considerare uno spazio piatto, a due dimensioni (2+1), oppure introducendo un’ulteriore dimensione temporale (2+2). Nonostante la ricerca di modelli alternativi può aiutare i fisici a comprendere meglio come funziona la gravità, naturalmente non c’è nulla di reale attorno a questi modelli e non c’è alcuna evidenza sperimentale che li supporti, tranne per il modello (3+1). Nel lavoro che abbiamo citato prima, gli autori esplorano la gravità in uno spaziotempo a cinque dimensioni (4+1), dove rimane sempre una dimensione del tempo ma le dimensioni spaziali diventano quattro. Nel 2000, un altro gruppo di autori proposero un modello dove lo spaziotempo a noi familiare (3+1) potesse essere trattato come una sorta di membrana (4+1) se aggiungiamo una dimensione spaziale. E’ un pò come immaginarsi uno spaziotempo piatto (2+1) a cui viene aggiunta una terza dimensione spaziale (3+1) per arrivare al nostro modello di Universo. In quel lavoro, gli autori mostrarono come un particolare spaziotempo (4+1) con una membrana (3+1) potesse dar luogo al tipo di gravità che conosciamo. Nel nuovo articolo, invece, gli autori fanno un ulteriore passo. Essi mostrano come la gravità in uno spaziotempo (4+1) permetta l’esistenza di buchi neri ‘multidimensonali’. Quindi, se un universo (4+1) avesse stelle enormi, alcune di esse potrebbero collassare sotto l’azione della gravità formando un “iper buco nero” quadridimensionale. Come nel caso dei buchi neri della relatività generale, questi “iper-mostri” avrebbero una singolarità gravitazionale centrale in cui materia ed energia raggiungono valori estremi. Gli autori vanno avanti mostrando che, date le giuste condizioni, un “iper buco nero” potrebbe non solo creare una ‘membrana tridimensionale’, come quelle del mondo-brana della teoria delle stringhe, ma questa membrana apparirebbe molto simile all’Universo primordiale che di fatto osserviamo. In altre parole, se ci immaginiamo un universo a cinque dimensioni (4+1), se assumiamo che esistano delle stelle che collassino formando “iper buchi neri” e se un particolare “iper buco nero” possieda la giusta energia, allora esso potrebbe dar luogo ad un universo-brana quadridimensionale (3+1) le cui fasi iniziali ricordino proprio il Big Bang. Ma abbiamo scritto troppi “se”. Per essere più chiari, si tratta sostanzialmente di una ipotesi teorica. Inoltre, il modello potrebbe spiegare alcuni punti oscuri della moderna cosmologia anche se prevede che la geometria dello spaziotempo abbia una forma piatta. Tuttavia, quest’ultimo punto non sembra il caso se interpretiamo le anomalie presenti nella radiazione cosmica di fondo come dovute alla curvatura dello spazio (post) che avrebbe così una geometria a forma di sella (universo aperto). In tal senso, gli autori fanno notare questo problema e suggeriscono dei metodi per cui ciò possa essere verificato sperimentalmente. Ad ogni modo, non esiste al momento alcuna evidenza che supporti uno spaziotempo a più dimensioni, tanto meno “buchi neri multidimensionali”. Quindi, teniamoci per ora il “vecchio e buon modello del Big Bang”.

arXiv: Out of the White Hole: A Holographic Origin for the Big Bang
arXiv: Cosmic microwave background anomalies in an open universe
arXiv: 4D Gravity on a Brane in 5D Minkowski Space

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