Conosciamo la gravità, ma stiamo ancora lottando per dargli un senso. Mentre le altre tre forze della natura sono tutte dovute all’attività dei campi quantistici, la nostra migliore teoria della gravità la descrive come spazio-tempo piegato. Per decenni, i fisici hanno cercato di utilizzare le teorie dei campi quantistici per descrivere la gravità, ma questi sforzi sono nella migliore delle ipotesi incompleti.

Uno dei più promettenti di questi sforzi tratta la gravità come qualcosa di simile a un ologramma: un effetto tridimensionale che fuoriesce da una superficie piatta e bidimensionale. Nelle bizzarre di una tale ipotesi, un confine finito può incapsulare un mondo infinito. 

Ma il nostro universo non è una bottiglia. Il nostro universo è (in gran parte) piatto . Qualsiasi bottiglia che contenga il nostro piatto universo dovrebbe essere infinitamente lontana nello spazio e nel tempo. I fisici chiamano questa capsula cosmica la “sfera celeste”.

Poiché su una sfera di raggio infinito i concetti di spazio e tempo si sgretolano, la teoria non dipenderebbe dallo spazio e dal tempo; invece, potrebbe spiegare come nascono lo spazio e il tempo.

Simmetrie sulla sfera

Forse il modo principale in cui i fisici sondano le forze fondamentali della natura è far collidere le particelle insieme per vedere cosa succede. Il termine tecnico per questo è “scattering”. In strutture come il Large Hadron Collider, le particelle volano da punti distanti, interagiscono, quindi volano verso i rivelatori in qualunque stato sia stato determinato dalle forze quantistiche.

Se l’interazione è governata da una qualsiasi delle tre forze diverse dalla gravità, i fisici possono in linea di principio calcolare i risultati di questi problemi di scattering usando la teoria quantistica dei campi. Ma ciò che molti fisici vogliono davvero conoscere meglio è la gravità.

Lo fanno cercando simmetrie. In un problema di scattering, i fisici calcolano i prodotti dello scattering – le “ampiezze di scattering” – e come dovrebbero apparire quando colpiscono i rivelatori. Dopo aver calcolato queste ampiezze, i ricercatori cercano i modelli che le particelle creano sul rivelatore, che corrispondono a regole o simmetrie a cui il processo di dispersione deve obbedire. Le simmetrie richiedono che se si applicano determinate trasformazioni al rivelatore, l’esito di un evento di scattering debba rimanere invariato.

Proprio come le interazioni quantistiche possono essere tradotte in ampiezze di scattering che poi portano a simmetrie, i ricercatori che lavorano sulla gravità quantistica sperano di tradurre i problemi di scattering in simmetrie sulla sfera celeste.

Problemi infiniti

Quando hai una teoria che si applica a una sfera infinitamente distante, sorgono problemi. Si considerino due particelle che si uniscono e si disperdono. Se si disperdono a qualsiasi angolo diverso da zero, quando raggiungono la sfera celeste infinitamente distante, saranno anche infinitamente distanti. Il concetto di distanza viene meno. Le nostre teorie normali si basano sulla località, in cui la forza delle interazioni tra gli oggetti dipende dalla loro distanza l’uno dall’altro. Ma se tutto è infinitamente lontano da tutto il resto, la la teoria deve trascendere la località.

Ancora più sconcertante: qual è il concetto di tempo sulla sfera celeste, che è infinitamente lontana sia nel passato che nel futuro? Non ha significato!

*Fonte: quantamagazine.com/
Katie McCormick