Juan Martín Maldacena

Juan Martín Maldacena (1968 – vivente), fisico e docente argentino.

L'illusione della gravità

La realtà che ci circonda ha tre dimensioni. Se a queste tre dimensioni si aggiunge il tempo, il risultato è uno spazio con quattro dimensioni, lo spazio-tempo. Quindi, viviamo in un universo quadridimensionale, forse. Nuove teorie fisiche ipotizzano che una delle tre dimensioni spaziali possa essere illusoria, e in effetti, sia le particelle elementari sia i campi che compongono la realtà si muovono in un ambiente bidimensionale simile alla Flatlandia di Edwin A. Abbott. Anche la gravità sarebbe parte dell'illusione, una forza che non è presente nel mondo bidimensionale ma che si materializza con la comparsa illusoria della terza dimensione. In particolare, le teorie prevedono che il numero di dimensioni della realtà potrebbe essere una questione di punti di vista: i fisici potrebbero scegliere di descrivere la realtà come qualcosa che obbedisce a un certo insieme di leggi (tra cui la gravità) in tre dimensioni. In modo equivalente, potrebbero scegliere di descrivere la realtà come qualcosa che obbedisce a un diverso insieme di leggi che è adatto a due dimensioni (e in assenza di gravità). Nonostante le radicali differenze, entrambe le teorie descrivono tutto ciò che vediamo, e sono in accordo con tutti i dati che possiamo raccogliere sul funzionamento dell'universo. E, quel che è peggio, non avremmo modo di appurare quale teoria sia «realmente» vera. (p. 69)

Tutta la fisica, con l'eccezione della gravità, può essere descritta dalle leggi quantistiche. Ecco perché per alcuni fisici una teoria quantistica della gravità è come il santo graal. La descrizione quantistica è un paradigma della fisica, e non ha senso che la teoria della gravità sia un elemento di discontinuità. (p. 70)

Il più semplice spazio-tempo con curvatura positiva è detto spazio di de Sitter, da Willem de Sitter, il fisico olandese che lo ha teorizzato. Molti cosmologi credono che l'universo delle origini fosse simile a uno spazio di de Sitter, e a causa dell'accelerazione cosmica anche il futuro remoto potrà essere uno spazio di de Sitter. (p. 72)

Il più semplice spazio-tempo con curvatura negativa è invece chiamato spazio anti-de Sitter. È simile allo spazio iperbolico, tranne per il fatto che contiene una direzione del tempo. A differenza del nostro universo, che si sta espandendo, lo spazio anti-de Sitter non si espande e nemmeno si contrae. Ha lo stesso aspetto in ogni momento. Nonostante la differenza lo spazio anti-de Sitter si rivela molto utile nei tentativi di formulare teorie quantistiche dello spazio-tempo e della gravità. (pp. 72-73)

Nello spazio anti-de Sitter la fisica ha strane proprietà. Se fluttuassimo liberamente in un qualsiasi punto dì uno spazio anti-de Sitter ci sentiremmo come se ci trovassimo sul fondo di un pozzo gravitazionale. Ogni oggetto lanciato tornerebbe indietro come un boomerang, ma il tempo necessario sarebbe indipendente dalla forza con cui è scagliato. E più forte è la forza con cui lo si tira, più lontano arriverà prima del viaggio di ritorno. Se emettessimo un raggio di luce composto di fotoni che viaggiano alla massima velocità possibile (la velocità della luce), arriverebbe fino all'infinito e tornerebbe indietro in un intervallo finito di tempo. Ciò è possibile perché un oggetto subisce una sorta di contrazione dei tempi in misura tanto maggiore quanto più si allontana da noi. (p. 73)

Juan Martín Maldacena, L'illusione della gravità, in Le Scienze, n. 449, gennaio 2006, pp. 69-75.