È liscio o granuloso? Discreto o continuo? Sono queste le domande che si pongono i fisici quando pensano allo spazio-tempo, ovvero la struttura quadridimensionale dell’Universo introdotta dalla teoria della relatività di Albert Einstein. A fare il punto sugli ultimi risultati in questo campo di studi arriva oggi un articolo di Stefano Liberati, coordinatore del gruppo di Fisica delle Astroparticelle della Scuola Internazionale Superiore di studi Avanzati (Sissa) di Trieste. Lo studio, apparso sulle pagine di Classical and Quantum Gravity, è stato selezionato dalla rivista tra gli Highlight papers del 2013.
“Da tempo i fisici si interrogano sulla natura dello spazio-tempo”, racconta Liberati. “Ci si chiede infatti se sia continuo a tutte le scale, come appare nell’esperienza comune, o se a piccolissime dimensioni presenti una grana irregolare che nella nostra esperienza diretta non possiamo percepire”. Se così fosse, spiega l’esperto della Sissa, questo potrebbe portare a deviazioni dalla teoria della relatività speciale formulata da Einstein ormai più di cento anni fa.
In alcuni scenari teorici, la “non-continuità” dello spazio-tempo implica infatti violazioni all’invarianza delle leggi fisiche sotto le cosiddette trasformazioni di Lorentz (che stabiliscono che le leggi della fisica sono le stesse per tutti i sistemi di riferimento inerziali e che sono alla base della relatività speciale). Nello studio, Liberati passa in rassegna tutte le metodologie più promettenti (spesso basate su fenomeni legati all’astrofisica delle alte energie) messe a punto dai fisici a partire dagli anni ‘90 per testare queste deviazioni dalla fisica standard.
“Provate a immaginare di guardare una lastra di marmo da una certa distanza: vi sembrerà probabilmente di consistenza uniforme. A un più attento esame, ad esempio con un potente microscopio, si può vedere invece che il marmo è poroso e irregolare”, continua Liberati. “In un certo senso i fisici hanno cercato di fare qualcosa di simile con lo spazio-tempo: trovare qualcosa che agisca da microscopio per scoprire se a piccolissime scale di lunghezza c’è davvero un’irregolarità. Nel mio lavoro ho offerto un quadro sistematico degli esperimenti e delle osservazioni che si possono sfruttare per indagare l’esistenza di queste irregolarità. La relatività speciale è uno dei pilastri fondamentali della fisica moderna e in quanto tale è molto importante testarne la validità, fin dove le attuali osservazioni ce lo permettono”.
Riferimenti: Tests of Lorentz invariance: a 2013 update; S. Liberati doi:10.1088/0264-9381/30/13/133001
Credits immagine: Hartwig HKD/Flickr
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L’immagine della lastra di marmo è corretta per descrivere la granulosità della materia. Un microscopio non potentissimo rivela la struttura discontinua del CaCO3 ma non credo che la struttura dello spazio-tempo possa rivelarsi mediante esperimenti “classici”. Sono necessari innanzitutti esperimenti mentali alla Einstein o Bhor , magari impossibili da attuarsi veramente, e poi successivamente passare alla costruzione di esperimenti reali con le loro misure più o meno corrette. Che poi l’astrofisica delle alte energie (probabilmente ci si riferisce allo studio sull’origine dei lampi gamma cosmici, alle sorgenti sul disco galattico non identificate, ed ai nuclei galattici attivi) possa essere fondamentale per sostenere le teorie dell’universo quadridimensionale, una temporale e tre spaziali sono dell’opinione che oggi sono necessari altre doti per capire il mondo come per esempio un nuovo modo sia filosofico che spirituale di approcciarsi alla scienza.