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La Matematica, chiave per svelare i segreti dell’Universo

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Unire una descrizione macroscopica a quella microscopica delle leggi della Natura

La grande sfida della fisica teorica moderna: trovare una teoria unificata in grado di descrivere tutte le leggi della Natura all’interno di un unico quadro.

Da una parte la teoria della relatività generale di Einstein e la descrizione dell’Universo su larga scala, dall’altra la meccanica quantistica e il mondo delineato a livello atomico.

È possibile unificare la teoria della gravità di Einstein con la meccanica quantistica? Questa “unione” potrebbe fornirci una visione profonda su fenomeni come i buchi neri e maggiori dettagli sulla nascita dell’Universo.

Se ne parla in un nuovo articolo pubblicato in Nature Communications della Chalmers University of Technology, in Svezia, in collaborazione con l’istituto americano MIT – Massachusetts Institute of Technology.

Un linguaggio universale: la Matematica

«Ci sforziamo di comprendere le leggi della Natura e il linguaggio in cui sono scritte è la matematica» Daniel Persson, professore del Dipartimento Mathematical Sciences dell’università svedese.

«Quando cerchiamo risposte a domande in fisica, siamo spesso portati a nuove scoperte anche in matematica. Questa interazione è fondamentale nella ricerca relativa alla gravità quantistica, dove è estremamente difficile eseguire esperimenti».

Un esempio di fenomeni che richiedono questo tipo di unione tra fisica e matematica? I buchi neri

La descrizione quantomeccanica dei buchi neri è ancora agli inizi, ma sicuramente coinvolge la matematica più avanzata e spettacolare.

Un modello semplificato per la gravità quantistica

Holographic principle – “principio olografico”, ovvero un modello semplificato per descrivere la gravità quantistica, su cui si basa l’articolo citato.

«Proprio come accade nei fenomeni quotidiani, come ad esempio il flusso di un liquido che si sviluppa (ovvero “emerge”, in termini tecnici) da movimenti caotici di singole goccioline, vogliamo descrivere come la gravità emerge (si sviluppa) dal sistema della meccanica quantistica a livello microscopico» racconta il professor Robert Belman, collega di Persson «Tutto ciò sviluppando teorie matematiche più precise di quelle conosciute finora».

Quindi un mondo complesso, ma che ci aiuterà a risolvere tante “questioni”: ad esempio offrendo nuove informazioni sulla misteriosa materia oscura.

La geometria dell’Universo e della materia oscura

Illustrazione materia oscura. “Dark matter map of KiDS survey region (region G9)” Credit:
Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

Nella sua teoria della relatività generale, Einstein descrive la gravità come fenomeno geometrico: la forma dell’Universo può infatti piegarsi sotto il peso di oggetti celesti pesanti (semplificando all’osso! ndr).

Ma, secondo la teoria di Einstein, anche lo “spazio vuoto” ha una ricca struttura geometrica. Se fosse possibile ingrandire e guardare questo vuoto a livello microscopico, si vedrebbero fluttuazioni o increspature legate alla meccanica quantistica, note come materia oscura (o energia oscura). È questa misteriosa forma di materia che, da una prospettiva più ampia, è responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo.

Si cerca quindi di portare alla luce nuove intuizioni su come e perché si verificano queste microscopiche increspature, nonché approfondire la relazione tra la teoria della gravità di Einstein e la meccanica quantistica, cercando qualcosa che sia sfuggito agli scienziati per decenni.

Fonti

L’articolo: Emergent Sasaki-Einstein geometry and AdS/CFT

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