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E’ la teoria delle stringhe alla base della meccanica quantistica?

E’ quanto emerge da uno studio proposto da due ricercatori della University of South California (USC) e che potrebbe aprire una nuova finestra per utilizzare la teoria delle stringhe, o una sua estensione, cioè la la teoria-M, come il punto di partenza di tutte le leggi della fisica.

Ciò potrebbe risolvere il mistero che riguarda l’origine stessa della meccanica quantistica“, dichiara Itzhak Bars dell’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences e investigatore principale di questo lavoro di ricerca pubblicato su Physics Letters BAnzichè partire dalla meccanica quantistica per validare la teoria delle stringhe, i ricercatori procedono al contrario. Nel loro articolo, in cui riformulano la teoria delle stringhe con un linguaggio più chiaro, Bars e il suo studente Dmitry Rychkov mostrano che un insieme di principi fondamentali della meccanica quantistica, noti come “relazioni di commutazione“, possono essere derivati dalle proprietà geometriche delle stringhe. “Le nostre argomentazioni vengono presentate mediante una struttura matematica enormemente semplificata“, dice Bars. “L’ingrediente essenziale è l’ipotesi in base alla quale tutta la materia è composta da stringhe e che l’unica interazione possibile è quella delle stringhe chiuse o aperte, così come viene specificato nella teoria”.

I fisici hanno a lungo tentato di unificare la meccanica quantistica con la relatività generale, anche per spiegare come mai esse sono valide nei rispettivi domini. Inizialmente introdotta negli anni ’70, la teoria delle stringhe permise di risolvere tutta una serie di inconsistenze della gravità quantistica e implicava che l’unità fondamentale della materia doveva essere una microscopica stringa, non un punto, e che l’unica, possibile interazione della materia fossero le stringhe chiuse o aperte. Circa 40 anni dopo, gli scienziati stanno ancora tentando di comprendere le regole della teoria delle stringhe che sembra, però, richiedere alcune interessanti condizioni iniziali (come ad esempio l’esistenza di dimensioni extra che potrebbero spiegare come mai quark e leptoni hanno una carica elettrica, un colore e un “sapore” che li contraddistinguono). Al momento, non c’è alcun insieme di relazioni che possa essere utilizzato per spiegare tutte le interazioni che avvengono nell’Universo conosciuto. Su larga scala, gli astronomi utilizzano la meccanica classica, o di Newton, per descrivere la gravità o il moto di un razzo vettore. La meccanica newtoniana è intuitiva e può essere osservata “ad occhio nudo”. Ma su scale microscopiche, cioè 100 milioni di volte più piccole di un atomo, i fisici utilizzano la teoria quantistica relativistica per descrivere le interazioni delle particelle subatomiche e le forze che tengono insieme i quark e leptoni all’interno dei protoni, neutroni, nuclei e atomi.

Spesso, la meccanica quantistica non è intuitiva poichè implica che le particelle possano trovarsi in due posti distinti allo stesso tempo, nonostante sia stata validata dalle scale atomiche fino ai quark. E’ diventata un quadro inestimabile e alquanto accurato per comprendere le interazioni della materia e dell’energia su scale atomiche e subatomiche. Tuttavia, la teoria dei quanti contiene un grande mistero: le inspiegabili e fondamentali relazioni di commutazione, come detto in precedenza, che prevedono l’incertezza nella posizione e velocità di ogni singola particella. “Le relazioni di commutazione non hanno spiegazione da un punto di vista fondamentale, ma sono state verificate sperimentalmente su scale subatomiche dai più potenti acceleratori. Chiaramente, le relazioni sono corrette, ma hanno bisogno di una spiegazione per alcuni fenomeni fisici che sono ancora più fondamentali”, dice Bars. Insomma, la difficoltà sta proprio nel fatto che non esistono ancora dati sperimentali a riguardo e verificare queste “cose” (cioè le stringhe) su scale così piccole è per ora al di fuori della portata dell’attuale tecnologia.

USC: String field theory could be the foundation of quantum mechanics
arXiv: Is String Interaction the Origin of Quantum Mechanics?

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