Il fisico di Harvard Qumran Wafa è uno dei più forti sostenitori della teoria delle stringhe. Ma quest'estate, altri teorici delle stringhe si sono scagliati contro la sua ultima proposta, che potrebbe screditare le loro idee sulla base dell'ipotesi decennale che l'energia oscura è costante (costante). Il lavoro di Wafa implica che il significato dell'energia oscura sta cambiando. L'energia oscura volubile è una conseguenza del tentativo di Wafa e dei suoi collaboratori di applicare la teoria delle stringhe a un universo come il nostro, in cui il vuoto dello spazio stesso ha un'energia intrinseca.
Se la sua ipotesi (e la stessa teoria delle stringhe) è vera, l'energia oscura, questa sostanza misteriosa, che rappresenta più del 70% della massa e dell'energia totale dell'universo e che accelera la sua espansione, sarà la forza del cambiamento. Ma l'energia oscura persistente è stata a lungo la base di molte idee nella teoria delle stringhe, quindi è paradossale che sia l'energia oscura volubile che può portare al successo della teoria.
Energia oscura e teoria delle stringhe
"Per la prima volta, abbiamo potuto imparare qualcosa dalla teoria delle stringhe che può essere misurato", afferma lo scienziato Timm Wreiss dell'Istituto di fisica teorica presso l'Università di tecnologia di Vienna in Austria. "Ma non so se questo accadrà effettivamente o no."
Partiamo dall'inizio: viviamo in un universo che sembra seguire le regole. Sulle scale più grandi, gli oggetti di grandi dimensioni seguono le regole della relatività generale, interagendo tra loro attraverso la forza di gravità. Sulla scala più piccola, le particelle subatomiche seguono le regole della meccanica quantistica e della teoria quantistica dei campi, interagendo attraverso campi di forza che si manifestano come particelle portatrici di forza. Ma la matematica non torna quando si tenta di spiegare la relatività generale come un'enorme estensione della teoria quantistica dei campi. Una teoria più ampia, la teoria delle stringhe, cerca di combinare la relatività generale con la meccanica quantistica, e in essa ogni particella è rappresentata da una piccola stringa, le cui vibrazioni in uno spazio più multidimensionale codificano le proprietà osservate dagli scienziati.
Tuttavia, la teoria non è del tutto accurata. Piuttosto, è un fondamento matematico generale, un quadro da cui gli scienziati possono derivare teorie sul nostro universo, così come sul vasto numero di altri universi consentiti. I teorici delle stringhe sperano che il nostro universo sia una di queste possibilità. Altri credono che la teoria delle stringhe sia fondamentalmente sbagliata, ma non è questo il punto ora.
Le teorie delle stringhe devono spiegare un universo come il nostro in ogni aspetto per essere considerato corretto. Il nostro universo, a quanto pare, è composto per il 4% di materia (la sostanza che vediamo), per il 25% di misteriosa materia oscura, e il resto, come dimostrato dalle osservazioni del 1988, ricade su "energia oscura". I teorici delle stringhe hanno lavorato partendo dal presupposto che la forza dell'energia oscura non cambia e le loro teorie si sono evolute. Ma Wafa ei suoi coautori hanno suggerito in un articolo di questa estate che per esistere secondo le regole della teoria delle stringhe, il nostro universo deve avere un campo di energia oscura il cui valore è in diminuzione.
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Se il valore dell'energia oscura cambia, questo sarà importante per coloro le cui teorie si basano sul presupposto che l'energia oscura sia costante. "Forse dobbiamo tornare alle origini", afferma Wreiss. Cambierà anche la comprensione dell'evoluzione dell'universo, sia nel passato che nel futuro.
L'ipotesi di Wafa era inizialmente abbastanza potente e ha portato a "un'enorme eccitazione", afferma Wreiss. È servito come invito all'azione per i teorici delle stringhe che ritenevano che il framework fosse minacciato. Alcuni dissero immediatamente che non aveva senso - la fisica di Stanford Eva Silverstein disse a Quanta che l'assunto era basato su altri presupposti, e l'analisi era "altamente discutibile". Altri usano questo documento come un'opportunità per verificare che le loro teorie possano effettivamente descrivere un universo come il nostro.
Wreiss e altri hanno criticato il lavoro di Wafa e del suo gruppo, e le loro opinioni sono state pubblicate in Physical Review Il lavoro di D. Wreiss ha stabilito che alcune delle presunte proprietà del nostro universo, in particolare quelle associate al campo del bosone di Higgs, contraddicono essenzialmente alcune ipotesi matematiche. Ad esempio, l'ipotesi originale era che il comportamento del campo fisico che governa l'energia oscura derivi da una funzione matematica senza alti e senza bassi, una linea su un grafico senza picchi o minimi. Vreiss ha scoperto che la presenza di un campo di forza associato al bosone di Higgs richiede un picco in questa funzione.
Ma il lavoro di Vreiss non esclude l'idea di Wafa: Wafa ha semplicemente raffinato l'assunto in modo che fosse applicato meglio all'universo in cui viviamo. Ci sono altri lavori simili e Wafa concorda con i chiarimenti.
La cosa veramente interessante è che presto potremmo scoprire se il lavoro di Wafa offre una predizione testata sperimentalmente della teoria delle stringhe. Questa sarebbe la prima conseguenza dimostrabile della teoria delle stringhe. Alcuni esperimenti potrebbero verificare se l'energia oscura cambia nel tempo o rimane costante, e potrebbero farlo nei prossimi anni.
Quindi un cambio di paradigma si profila all'orizzonte? "La maggior parte degli scienziati non dirà che questa ipotesi è vera o falsa", afferma Wreiss. Lo stesso Wafa crede di poter ovviamente sbagliare, e questo parla anche dell'importanza della teoria delle stringhe. "Ma se Wafa ha ragione?" Dice Vreiss. "Questa sarebbe la cosa più importante nella teoria delle stringhe per fare una previsione misurabile."
Ilya Khel
