The M-Theory. La Teoria del Tutto.
Inviato: 08/12/2013, 02:56
L'Universo.
Il "TUTTO".
Ben...Oltre il Reale.![Occhiolino [;)]](./images/smilies/UF/icon_smile_wink.gif)

Credit Image: bruceleeeowe.files.wordpress.com
...Un breve preambolo...
A partire dai modelli matematici di Einstein e della sua "Relatività generale", sino ad oggi, il mondo scientifico si è scontrato da sempre con uno dei suoi più complicati paradossi.
Le regole dettate dall'immenso genio Einsteiniano, non riescono a spiegare le interazioni tra TUTTE le "forze" ad oggi conosciute.
Questo problema attanaglia gli scienziati da una cinquantina d'anni, se non chè...
...Nel 1996, i Fisici Teorici T. Banks , W. Fischler , SH Shenker ed L. Susskind, divulgarono un documento su Physical Review (Uno dei più autorevoli ed importanti, se non il più importante, "contenitore" scientifico al mondo).
Qui si può accedere al abstract: http://prd.aps.org/abstract/PRD/v55/i8/p5112_1
E tu, Michio...come la vedi?

Michio Kaku
In questo modo si esprime il notissimo Fisico Teorico Michio Kaku, sul suo sito internet:
La Teoria delle Stringhe e la M-Theory

Credit Image: blogs.njit.edu
La Teoria delle Stringhe è una teoria fisica tra le più controverse degli ultimi decenni. Secondo molti è lo sbocco naturale che porterà ad una Teoria del Tutto, secondo altri è solo un esercizio matematico che non ha alcun corrispettivo nella realtà.

Edward Witten
Nel 1995 Edward Witten diede inizio alla Seconda Rivoluzione delle Superstringhe (Second Superstring Revolution), introducendo la teoria M. Questa teoria raggruppa le cinque teorie delle stringhe in una sola formulazione matematicamente coerente, ed abbandona il precedente tentativo di unificare relatività generale e meccanica quantistica, noto col termine di Supergravità, che introduceva una undicesima dimensione.
Per anni i fisici hanno trattato matematicamente le particelle fondamentali della natura, come elettroni e fotoni, considerandole entità puntiformi adimensionali, ossia a 0-dimensioni.
Così facendo risultava impossibile unificare le quattro forze fondamentali della natura: la gravità, l'interazione forte, l'interazione debole e l'elettromagnetismo.
L'ambizioso progetto dell'unificazione delle quattro forze deriva necessariamente dal fatto che esse sarebbero scaturite da un'unica entità all'epoca dell'origine dell'universo.
Nel secolo appena trascorso è stata raggiunta l'unificazione dell'elettromagnetismo, dell'interazione forte e di quella debole nell'ambito della meccanica quantistica. Tale unificazione è anche nota col termine di modello standard ed ha come protagonista il mondo dell'infinitamente piccolo, ossia delle particelle fondamentali e delle leggi che le governano.
Il modello standard non si concilia, però, con la teoria della relatività generale che ha come protagonisti la forza di gravità ed il mondo dell'infinitamente grande, ossia pianeti, stelle, galassie e l'universo intero. Meccanica quantistica e relatività generale fanno "a pugni", e lo stesso Einstein tentò senza successo di trovare la soluzione a questo immenso problema. Con ogni probabilità mancavano all'epoca cognizioni fondamentali che facessero luce sull'enigma.

Credit Image: PierGiorgio Odifreddi
Negli ultimi trent'anni, mentre la maggior parte dei fisici si dedicava ad altre questioni, alcuni teorici proseguivano caparbiamente gli studi sull'unificazione delle forze.
Il frutto del loro impegno fu ciò che oggi conosciamo col nome di "teoria delle stringhe", anche se sarebbe più corretto chiamarla teoria delle corde, dal momento che il termine "strings", in inglese, significa in italiano "corda" e non "stringa".
La grande rivoluzione introdotta dalla teoria delle stringhe (di cui esistono cinque versioni) fu considerare le particelle fondamentali non più come oggetti puntiformi adimensionali, ossia con 0-dimensioni, bensì mono-dimensionali, ossia con 1-dimensioni, in pratica delle "stringhe" o "corde" che possono essere chiuse (come anelli) o aperte (come cordicelle). La grande varietà di particelle fondamentali che osserviamo nel nostro universo sarebbe dovuta al diverso modo di "vibrare" delle stringhe.
Questo modo di considerare la fisica fondamentale ha permesso per la prima volta di unificare la relatività generale e la meccanica quantistica.
La teoria delle stringhe, con oggetti a 1-dimensioni, comporta calcoli matematici estremamente complessi e fu questo uno dei motivi per cui incontrò scarso successo e diffusione nella comunità scientifica.
Per di più implica l'esistenza di particelle, chiamate tachioni, che viaggiano più veloci dei fotoni nel vuoto, limite ultimo ed invalicabile secondo la relatività generale. D'altra parte, molte delle difficoltà presentate dal modello standard potevano essere superate nell'ambito della nuova teoria.
Ad esempio il modello standard presenta ben venti parametri liberi introdotti per "far quadrare" i calcoli matematici, ed un numero molto elevato, quasi esagerato, di particelle.
Inoltre non è in grado di descrivere la forza di gravità che, tra tutte le forze, è quella a noi più familiare.
Nella teoria delle stringhe i venti parametri liberi si riducono ad uno solo, che corrisponde alla lunghezza della stringa, mentre la grande varietà delle particelle, come già detto, è riconducibile al modo di vibrare delle stringhe, ed inoltre predice l'esistenza di una nuova particella fondamentale, il gravitone, che trasporta la gravità, unificando, di fatto, la forza gravitazionale con le altre tre forze della natura.
Nonostante l'apparente raggiungimento dell'obiettivo prefissato, ovvero della comprensione sotto un'unica teoria di tutti i meccanismi dell'universo, anche la teoria delle stringhe è risultata però necessariamente perfettibile.
Essa è una buona candidata per la "teoria del tutto", ma ci trasporta in un mondo ben al di là della nostra pur fervida immaginazione.
È un mondo con più di tre dimensioni spaziali (addirittura da nove a venticinque dimensioni spaziali in totale, secondo alcune versioni della teoria!!!), un mondo infinitamente piccolo dove i costituenti fondamentali della materia e dell'energia sono miliardi e miliardi di volte più piccoli degli elettroni o dei fotoni, un mondo costituito da molti universi paralleli che possono anche venire a contatto tra loro.
Le dimensioni spaziali extra, previste dalla teoria originaria, sono sei.
Per un totale di nove dimensioni spaziali più una dimensione temporale.
La teoria ci dice che le dimensioni aggiuntive possono essere percepite e "viste" solo su una distanza infinitesimale, in quanto ripiegate su se stesse e, quindi, al di fuori della portata della nostra conoscenza diretta (e forse anche indiretta).
Le stringhe, essendo più piccole del raggio d'apprezzamento delle dimensioni extra, vibrano non solo nelle nostre tre dimensioni, ma anche nelle altre sei.
Per cercare di capire, o almeno di avere una vaga idea di come potrebbe essere questo strano universo, viene spesso presentata questa analogia:
- Supponiamo di guardare da molto lontano un filo elettrico teso tra due tralicci: di esso possiamo percepire soltanto la sua lunghezza, il che vuol dire che il filo è per noi un oggetto 1-dimensionale. Se ci avviciniamo al filo ci accorgiamo progressivamente che esso ha uno spessore, che è come un piccolo cilindro con una superficie e quindi ci rendiamo conto del fatto che è un oggetto 2-dimensionale. -
Noi, nel nostro mondo, ci troviamo molto "lontani" dalle stringhe e quindi possiamo percepire soltanto le tre note dimensioni; ma se potessimo rimpicciolirci fino ad essere come le stringhe o poco più grandi, allora potremmo "vedere" le dimensioni spaziali mancanti.
I problemi con la teoria delle stringhe, tuttavia, non finiscono qui.
In realtà esistono ben cinque versioni della teoria delle stringhe che si distinguono in base alla forma delle stringhe e a come esse implementano la supersimmetria, che è una parte tecnica della teoria che porta alla cosiddetta teoria delle superstringhe. Le cinque teorie sono:
Tipo I
Tipo IIA
Tipo IIB
Tipo SO(32)
Tipo E8 X E8

La "vecchia" Teoria delle Superstringhe.
È a questo punto che interviene la M-Theory.
L'unificazione delle teorie delle stringhe fu ottenuta associandole in una specie di trama di rapporti reciproci, detta dualità (in dettaglio S-dualità, T-dualità ed U-dualità). Ciascuna di queste dualità fornisce un metodo per convertire una teoria delle stringhe in un'altra.
La T-dualità è forse la più semplice da descrivere per comprendere la teoria M. Essa ha a che fare con la grandezza, il cui simbolo è la lettera R, delle dimensioni arrotolate delle teorie delle stringhe. È stato infatti scoperto che se si considera la teoria tipo IIA che ha un determinato valore di R e si cambia il raggio in 1/R, allora si ottiene il tipo IIB che ha il raggio di valore R.
Questa dualità, così come le altre, crea un'interconnessione tra le cinque teorie (o sei se si vuole includere anche la supergravità). Il concetto di dualità era già noto prima che Witten proponesse la teoria M. Il merito dello scienziato è stato nel rilevare che tutte quante le teorie sono in connessione reciproca come risultato di una teoria sottostante ancora più fondamentale di cui le cinque formulazioni sarebbero delle approssimazioni. Inoltre è stato anche scoperto che anche le equazioni richieste dalle teorie delle stringhe nelle dieci dimensioni sono anch'esse delle approssimazioni.
Ufologia e dintorni

Credit Image: AnnaFederighi.it
Sotto quest'ottica, anche le "trasmigrazioni" di questa teoria ridefiniscono completamente la realtà a cui siamo avvezzi.
L'intera pluri-dimensionalità che sembra ogni giorno essere certificata con nuovi contributi scientifici, può essere ricondotta anche alla tematica ufologica, misterica ed infine (e soprattutto ) alla Cabala e all'esoterismo, fatte di "numeri" non chiaramente relazionabili alle leggi scientifiche ad oggi conosciute.
Un modello matematico del "tutto" che ci circonda, che va ben oltre la nostra attuale comprensione ed osservabilità nitida delle cose.
____________________________________________________________
Il fisico Brian Greene ha scritto un libro, in proposito, intitolato "The Elegant Universe", al quale ha fatto seguito un documentario, visionabile su Youtube:
Parte 1
Parte 2
Fonti e Credits:
http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/public/qg_ss.html#mtheory
http://mkaku.org/home/?page_id=262
http://prd.aps.org/abstract/PRD/v55/i8/p5112_1
http://www.wikipedia.en
http://www.theory.caltech.edu/people/jhs/strings/str154.html
http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/public/qg_ss.html
http://www.superstringtheory.com/
http://www.hawking.org.uk/
Edward Witten, curriculum: http://www.sns.ias.edu/~witten/
John Schwarz, curriculum: http://theory.caltech.edu/~jhs/
Michio Kaku, curriculum: http://www.famousscientists.org/michio-kaku/
Cumrun Vafa, curriculum: http://users.physics.harvard.edu/~vafa/vafabio09.pdf
Brian Greene, curriculum: http://en.wikipedia.org/wiki/Brian_Greene
Il "TUTTO".
Ben...Oltre il Reale.

Credit Image: bruceleeeowe.files.wordpress.com
...Un breve preambolo...
A partire dai modelli matematici di Einstein e della sua "Relatività generale", sino ad oggi, il mondo scientifico si è scontrato da sempre con uno dei suoi più complicati paradossi.
Le regole dettate dall'immenso genio Einsteiniano, non riescono a spiegare le interazioni tra TUTTE le "forze" ad oggi conosciute.
Questo problema attanaglia gli scienziati da una cinquantina d'anni, se non chè...
...Nel 1996, i Fisici Teorici T. Banks , W. Fischler , SH Shenker ed L. Susskind, divulgarono un documento su Physical Review (Uno dei più autorevoli ed importanti, se non il più importante, "contenitore" scientifico al mondo).
Qui si può accedere al abstract: http://prd.aps.org/abstract/PRD/v55/i8/p5112_1
E tu, Michio...come la vedi?

Michio Kaku
In questo modo si esprime il notissimo Fisico Teorico Michio Kaku, sul suo sito internet:
Un decennio fa, o giù di lì, una splendido passo avanti nella teoria delle stringhe ha creato "un'onda d'urto" attraverso la comunità fisica teorica, generando una effusione febbrile di carte e attività.
Questa volta, le linee Internet "han preso fuoco", come i giornali, che da quel momento continuano a riversare nell'archivio del Laboratorio Nazionale di Los Alamos, la casa ufficiale di compensazione per superstringhe, innumerevoli documentazioni.
John Schwarz del Caltech, per esempio, ha parlato a conferenze in tutto il mondo proclamando la "seconda rivoluzione delle superstringhe."
Edward Witten dell'Institute for Advanced Study di Princeton ha "creato una magia" di 3 ore di lezione per descriverla.
Nello shock post-traumatico procurato dalla svolta, "tremano" anche altre discipline, come la matematica.
Il direttore dell'Istituto, il matematico Phillip Griffiths, dice: "Sento l'emozione della gente sul campo e gli spin-off nel mio stesso campo della matematica ... è stato davvero straordinario. Sento che sono stato un privilegiato ad aver assistito in prima persona. "
Cumrun Vafa ad Harvard ha detto:
«Si può essere prevenuti su questo, ma penso che è forse lo sviluppo più importante non solo nella teoria delle stringhe, ma anche in fisica teorica, almeno negli ultimi due decenni."
Quello che sta provocando tutta questa eccitazione è la scoperta di qualcosa chiamato "M-theory", una teoria che può spiegare l'origine delle stringhe.
In un colpo abbagliante, la nuova M-teoria ha risolto una serie di lunga data, fatta di misteri sconcertanti circa la teoria delle stringhe che hanno afflitto fin dall'inizio, lasciando molti fisici teorici (me compreso!) senza fiato.
La M-theory, inoltre, può anche forzare la teoria delle stringhe a cambiare il suo nome.
Sebbene molte caratteristiche della M-teoria sono ancora sconosciute, non sembra essere una teoria puramente di stringhe. Michael Duff della Texas A & M ne sta già parlando con il titolo "La teoria precedentemente nota come strings!"
Teorici delle stringhe sono attenti a sottolineare che questo non dimostra la finale correttezza della teoria. Non in via definitiva, però. Il lavoro porterà via decenni, o forse più. Ma segna una svolta più che significativa che sta già rimodellando l'intero campo.
La Teoria delle Stringhe e la M-Theory

Credit Image: blogs.njit.edu
La Teoria delle Stringhe è una teoria fisica tra le più controverse degli ultimi decenni. Secondo molti è lo sbocco naturale che porterà ad una Teoria del Tutto, secondo altri è solo un esercizio matematico che non ha alcun corrispettivo nella realtà.

Edward Witten
Nel 1995 Edward Witten diede inizio alla Seconda Rivoluzione delle Superstringhe (Second Superstring Revolution), introducendo la teoria M. Questa teoria raggruppa le cinque teorie delle stringhe in una sola formulazione matematicamente coerente, ed abbandona il precedente tentativo di unificare relatività generale e meccanica quantistica, noto col termine di Supergravità, che introduceva una undicesima dimensione.
Per anni i fisici hanno trattato matematicamente le particelle fondamentali della natura, come elettroni e fotoni, considerandole entità puntiformi adimensionali, ossia a 0-dimensioni.
Così facendo risultava impossibile unificare le quattro forze fondamentali della natura: la gravità, l'interazione forte, l'interazione debole e l'elettromagnetismo.
L'ambizioso progetto dell'unificazione delle quattro forze deriva necessariamente dal fatto che esse sarebbero scaturite da un'unica entità all'epoca dell'origine dell'universo.
Nel secolo appena trascorso è stata raggiunta l'unificazione dell'elettromagnetismo, dell'interazione forte e di quella debole nell'ambito della meccanica quantistica. Tale unificazione è anche nota col termine di modello standard ed ha come protagonista il mondo dell'infinitamente piccolo, ossia delle particelle fondamentali e delle leggi che le governano.
Il modello standard non si concilia, però, con la teoria della relatività generale che ha come protagonisti la forza di gravità ed il mondo dell'infinitamente grande, ossia pianeti, stelle, galassie e l'universo intero. Meccanica quantistica e relatività generale fanno "a pugni", e lo stesso Einstein tentò senza successo di trovare la soluzione a questo immenso problema. Con ogni probabilità mancavano all'epoca cognizioni fondamentali che facessero luce sull'enigma.

Credit Image: PierGiorgio Odifreddi
Negli ultimi trent'anni, mentre la maggior parte dei fisici si dedicava ad altre questioni, alcuni teorici proseguivano caparbiamente gli studi sull'unificazione delle forze.
Il frutto del loro impegno fu ciò che oggi conosciamo col nome di "teoria delle stringhe", anche se sarebbe più corretto chiamarla teoria delle corde, dal momento che il termine "strings", in inglese, significa in italiano "corda" e non "stringa".
La grande rivoluzione introdotta dalla teoria delle stringhe (di cui esistono cinque versioni) fu considerare le particelle fondamentali non più come oggetti puntiformi adimensionali, ossia con 0-dimensioni, bensì mono-dimensionali, ossia con 1-dimensioni, in pratica delle "stringhe" o "corde" che possono essere chiuse (come anelli) o aperte (come cordicelle). La grande varietà di particelle fondamentali che osserviamo nel nostro universo sarebbe dovuta al diverso modo di "vibrare" delle stringhe.
Questo modo di considerare la fisica fondamentale ha permesso per la prima volta di unificare la relatività generale e la meccanica quantistica.
La teoria delle stringhe, con oggetti a 1-dimensioni, comporta calcoli matematici estremamente complessi e fu questo uno dei motivi per cui incontrò scarso successo e diffusione nella comunità scientifica.
Per di più implica l'esistenza di particelle, chiamate tachioni, che viaggiano più veloci dei fotoni nel vuoto, limite ultimo ed invalicabile secondo la relatività generale. D'altra parte, molte delle difficoltà presentate dal modello standard potevano essere superate nell'ambito della nuova teoria.
Ad esempio il modello standard presenta ben venti parametri liberi introdotti per "far quadrare" i calcoli matematici, ed un numero molto elevato, quasi esagerato, di particelle.
Inoltre non è in grado di descrivere la forza di gravità che, tra tutte le forze, è quella a noi più familiare.
Nella teoria delle stringhe i venti parametri liberi si riducono ad uno solo, che corrisponde alla lunghezza della stringa, mentre la grande varietà delle particelle, come già detto, è riconducibile al modo di vibrare delle stringhe, ed inoltre predice l'esistenza di una nuova particella fondamentale, il gravitone, che trasporta la gravità, unificando, di fatto, la forza gravitazionale con le altre tre forze della natura.
Nonostante l'apparente raggiungimento dell'obiettivo prefissato, ovvero della comprensione sotto un'unica teoria di tutti i meccanismi dell'universo, anche la teoria delle stringhe è risultata però necessariamente perfettibile.
Essa è una buona candidata per la "teoria del tutto", ma ci trasporta in un mondo ben al di là della nostra pur fervida immaginazione.
È un mondo con più di tre dimensioni spaziali (addirittura da nove a venticinque dimensioni spaziali in totale, secondo alcune versioni della teoria!!!), un mondo infinitamente piccolo dove i costituenti fondamentali della materia e dell'energia sono miliardi e miliardi di volte più piccoli degli elettroni o dei fotoni, un mondo costituito da molti universi paralleli che possono anche venire a contatto tra loro.
Le dimensioni spaziali extra, previste dalla teoria originaria, sono sei.
Per un totale di nove dimensioni spaziali più una dimensione temporale.
La teoria ci dice che le dimensioni aggiuntive possono essere percepite e "viste" solo su una distanza infinitesimale, in quanto ripiegate su se stesse e, quindi, al di fuori della portata della nostra conoscenza diretta (e forse anche indiretta).
Le stringhe, essendo più piccole del raggio d'apprezzamento delle dimensioni extra, vibrano non solo nelle nostre tre dimensioni, ma anche nelle altre sei.
Per cercare di capire, o almeno di avere una vaga idea di come potrebbe essere questo strano universo, viene spesso presentata questa analogia:
- Supponiamo di guardare da molto lontano un filo elettrico teso tra due tralicci: di esso possiamo percepire soltanto la sua lunghezza, il che vuol dire che il filo è per noi un oggetto 1-dimensionale. Se ci avviciniamo al filo ci accorgiamo progressivamente che esso ha uno spessore, che è come un piccolo cilindro con una superficie e quindi ci rendiamo conto del fatto che è un oggetto 2-dimensionale. -
Noi, nel nostro mondo, ci troviamo molto "lontani" dalle stringhe e quindi possiamo percepire soltanto le tre note dimensioni; ma se potessimo rimpicciolirci fino ad essere come le stringhe o poco più grandi, allora potremmo "vedere" le dimensioni spaziali mancanti.
I problemi con la teoria delle stringhe, tuttavia, non finiscono qui.
In realtà esistono ben cinque versioni della teoria delle stringhe che si distinguono in base alla forma delle stringhe e a come esse implementano la supersimmetria, che è una parte tecnica della teoria che porta alla cosiddetta teoria delle superstringhe. Le cinque teorie sono:
Tipo I
Tipo IIA
Tipo IIB
Tipo SO(32)
Tipo E8 X E8

La "vecchia" Teoria delle Superstringhe.
È a questo punto che interviene la M-Theory.
L'unificazione delle teorie delle stringhe fu ottenuta associandole in una specie di trama di rapporti reciproci, detta dualità (in dettaglio S-dualità, T-dualità ed U-dualità). Ciascuna di queste dualità fornisce un metodo per convertire una teoria delle stringhe in un'altra.
La T-dualità è forse la più semplice da descrivere per comprendere la teoria M. Essa ha a che fare con la grandezza, il cui simbolo è la lettera R, delle dimensioni arrotolate delle teorie delle stringhe. È stato infatti scoperto che se si considera la teoria tipo IIA che ha un determinato valore di R e si cambia il raggio in 1/R, allora si ottiene il tipo IIB che ha il raggio di valore R.
Questa dualità, così come le altre, crea un'interconnessione tra le cinque teorie (o sei se si vuole includere anche la supergravità). Il concetto di dualità era già noto prima che Witten proponesse la teoria M. Il merito dello scienziato è stato nel rilevare che tutte quante le teorie sono in connessione reciproca come risultato di una teoria sottostante ancora più fondamentale di cui le cinque formulazioni sarebbero delle approssimazioni. Inoltre è stato anche scoperto che anche le equazioni richieste dalle teorie delle stringhe nelle dieci dimensioni sono anch'esse delle approssimazioni.
Ufologia e dintorni

Credit Image: AnnaFederighi.it
Sotto quest'ottica, anche le "trasmigrazioni" di questa teoria ridefiniscono completamente la realtà a cui siamo avvezzi.
L'intera pluri-dimensionalità che sembra ogni giorno essere certificata con nuovi contributi scientifici, può essere ricondotta anche alla tematica ufologica, misterica ed infine (e soprattutto ) alla Cabala e all'esoterismo, fatte di "numeri" non chiaramente relazionabili alle leggi scientifiche ad oggi conosciute.
Un modello matematico del "tutto" che ci circonda, che va ben oltre la nostra attuale comprensione ed osservabilità nitida delle cose.
____________________________________________________________
Il fisico Brian Greene ha scritto un libro, in proposito, intitolato "The Elegant Universe", al quale ha fatto seguito un documentario, visionabile su Youtube:
Parte 1
Parte 2
Fonti e Credits:
http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/public/qg_ss.html#mtheory
http://mkaku.org/home/?page_id=262
http://prd.aps.org/abstract/PRD/v55/i8/p5112_1
http://www.wikipedia.en
http://www.theory.caltech.edu/people/jhs/strings/str154.html
http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/public/qg_ss.html
http://www.superstringtheory.com/
http://www.hawking.org.uk/
Edward Witten, curriculum: http://www.sns.ias.edu/~witten/
John Schwarz, curriculum: http://theory.caltech.edu/~jhs/
Michio Kaku, curriculum: http://www.famousscientists.org/michio-kaku/
Cumrun Vafa, curriculum: http://users.physics.harvard.edu/~vafa/vafabio09.pdf
Brian Greene, curriculum: http://en.wikipedia.org/wiki/Brian_Greene