Gravità quantistica

Alessandra Gnecchi

• Editore: Treccani
• Anno: 2021
• eBook ISBN: 9788812009602
• Argomento: Scienze fisiche
• Categoria: Teoria dei sistemi

Nonostante i fenomeni gravitazionali osservati finora e gli esperimenti di fisica delle alte energie non richiedano di affrontare direttamente la gravità in un contesto quantistico, l'unificazione delle tre forze – elettromagnetica, forza debole e forza forte – nell'unico framework della teoria quantistica dei campi suggerisce che anche le interazioni gravitazionali abbiano una natura intrinsecamente quantistica. La formulazione di una teoria di gravità quantistica si è dimostrata inizialmente disseminata di ostacoli, teorici e sperimentali, che hanno reso l'unificazione della gravità con i principi della fisica quantistica una delle sfide più ardue della fisica moderna.

NUOVE PROPOSTE PER UNA TEORIA QUANTISTICA DELLA GRAVITÀ

L’approccio canonico ha portato difficoltà cruciali che hanno spinto i fisici a cercare alternative alla quantizzazione della gravità, estendendo in vari modi i principi fisici della relatività generale al regime quantistico. Gli approcci che hanno visto maggiori sviluppi nella ricerca in fisica teorica sono la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop, ma numerose ipotesi vengono esplorate, tra le quali: la libertà asintotica della gravità nel regime ultravioletto, la gravità quantistica discreta lorenziana, la quantizzazione canonica. Sebbene esistano diverse proposte sulla natura della gravità quantistica, la maggior parte condivide l’ipotesi che a lunghezze dell’ordine della scala di Planck la nozione di spazio-tempo continuo e di particella puntiforme perda validità.

La teoria delle stringhe propone che le forze e le particelle elementari siano il risultato dei modi di oscillazione di una stringa quantistica nello spazio-tempo, analogamente a come le note musicali sono i modi di oscillazione di una corda. Si è sviluppata dalle teorie dei modelli duali, nate con l’ampiezza di Veneziano, proposta dal fisico Gabriele Veneziano nel 1968. Essa è un’ampiezza di scattering di quattro mesoni, con particolari proprietà di simmetria rispetto al momento delle particelle in collisione. Analizzandone l’origine, si è scoperto che essa deriva in realtà da una teoria di corde, o stringhe quantistiche, per cui gli ingredienti fondamentali della natura non sarebbero particelle puntiformi, ma oggetti estesi. A differenza delle particelle puntiformi, lo scattering tra oggetti estesi permette all’interazione gravitazionale di venire ‘spalmata’ su tutta lunghezza della stringa. Questa introduce una nuova lunghezza che agisce come un parametro regolatore delle ampiezze di scattering della gravità, le quali, di conseguenza, restano finite, e quindi predittive, anche alla scala di Planck. La consistenza della teoria quantistica delle stringhe (e il suo completamento non perturbativo come M-teoria) richiede però un Universo con 9 (o 10) dimensioni spaziali e l’esistenza della supersimmetria, una simmetria che lega bosoni (particelle a spin intero) a fermioni (a spin semintero). Si è ipotizzato che le extradimensioni non visibili alle energie testabili sperimentalmente siano ‘compattificate’ a scale microscopiche, accessibili solo a energie più elevate. La possibilità che le interazioni si propaghino anche in extradimensioni, insieme alla supersimmetria, ha offerto agli scienziati ricchi scenari di nuova fisica, di cui però non c’è ancora evidenza sperimentale.

La gravità quantistica a loop, a differenza della teoria delle stringhe, è una formulazione della gravità indipendente da uno spazio-tempo di riferimento, in quanto la struttura dello spazio-tempo continuo dovrebbe emergere come predizione della teoria stessa. Essa postula che la struttura fondamentale dello s...

Indice dei contenuti

• Copertina
• Frontespizio
• Colophon
• ECO di Amedeo Balbi
• GRAVITÀ QUANTISTICA
• LA GRAVITÀ COME CAMPO CLASSICO
• LA SCALA DI PLANCK
• NUOVE PROPOSTE PER UNA TEORIA QUANTISTICA DELLA GRAVITÀ
• UNA BARRIERA CONCETTUALE
• I BUCHI NERI COME NUOVA FINESTRA SULLA GRAVITÀ
• IL PARADOSSO DELL’INFORMAZIONE DEL BUCO NERO
• LA DUALITÀ OLOGRAFICA
• BIBLIOGRAFIA