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Perché lo spaziotempo sulla scala più piccola può essere bidimensionale?
Nel 1973, George Ellis e Stephen Hawking pubblicarono un libro intitolato The Large Scale Structure of Spacetime. Il loro scopo, dicevano, era comprendere lo spaziotempo su una scala che va da 10^(-13) cm a 10^28 cm o, in altre parole, dalla dimensione delle particelle elementari al raggio dell'universo.
Può sembrare ambizioso, ma quasi 40 anni dopo i cosmologi lo hanno praticamente inchiodato, afferma Steve Carlip, un fisico teorico dell'Università della California, Davis. Al meglio della nostra capacità di misurare una cosa del genere, si comporta come una varietà Riemanniana liscia (3+1)-dimensionale.
Ecco perché i fisici teorici hanno rivolto la loro attenzione alla struttura dello spaziotempo su scale ancora più piccole. Tuttavia, c'è un problema qui. Per la maggior parte non abbiamo né osservazioni dirette né un quadro teorico generalmente accettato per descrivere la struttura su scala molto ridotta dello spaziotempo, afferma Carlip. In effetti, nessuno è abbastanza sicuro che i termini 'spazio' e 'tempo' abbiano un significato ragionevole a questa scala.
Oggi, Carlip delinea la sua affascinante interpretazione del problema, ovvero che lo spaziotempo su scala più piccola può essere bidimensionale. Sebbene ciò possa sembrare un po' controintuitivo, afferma che c'è un numero crescente di indicatori (la prova è una parola troppo forte) che puntano a tale conclusione.
Carlip afferma che il recente lavoro sulla gravità quantistica a loop, la teoria delle stringhe ad alta temperatura, l'analisi di gruppo di rinormalizzazione applicata alla relatività generale e altre aree della ricerca sulla gravità quantistica, suggeriscono tutti uno spaziotempo bidimensionale su scala più piccola. Nella maggior parte di questi casi, il numero di dimensioni semplicemente collassa in un processo chiamato riduzione dimensionale spontanea quando la scala si riduce.
Una domanda ovvia è che se su questa scala sono presenti solo due dimensioni, quali sono? Carlip calcola che devono essere uno di tempo e uno di spazio. In ogni punto, la dinamica sceglie una direzione spaziale preferita, che porta a una fisica locale approssimativamente (1+1)-dimensionale, dice.
Si sposta quindi in un territorio interessante con l'affermazione che questa direzione preferita deve essere determinata in modo classico e quindi randomizzata dai processi fisici in atto su queste scale. Sembra allettante come una teoria delle variabili nascoste del tipo che potrebbe piacere ad almeno un fisico vincitore del premio Nobel.
La domanda da un milione di dollari è se l'interpretazione di Carlip sull'argomento sia corretta. Ammette allegramente che l'idea è ancora molto speculativa. Ciò non lo distingue in alcun modo significativo da gran parte del resto della cosmologia moderna.
Tuttavia, a differenza di molti teorici della gravità quantistica, Carlip suggerisce il tipo di esperimenti che potrebbero dargli ragione. Il processo che ho descritto rompe l'invarianza di Lorentz alla scala di Planck, e anche piccole violazioni a quella scala possono essere amplificate e portare a effetti osservabili su larga scala, dice.
Questo è un pensiero interessante. Quello che sta dicendo è che le leggi della fisica su questa scala dovrebbero cambiare in base alla direzione in cui stai viaggiando. E sebbene varieranno costantemente in modo casuale, ciò potrebbe ancora essere misurabile in un esperimento sufficientemente intelligente.
È ora che gli sperimentali si mettano in testa di pensare.
Rif: arxiv.org/abs/1009.1136 : La struttura su piccola scala dello spaziotempo