Lungo i pendii che i sentieri delle mie
montagne attraversano, spesso ci trovi di tutto, di questi tempi poi, ed è più
la spazzatura che la vegetazione … si fa per dire. Nei gironi scorsi, mentre
passeggiavo in alto, vicino ai picchi rocciosi, dopo le piogge fitte di un
temporale d’agosto, ho notato con occhi nuovi lo scorrere dell’acqua verso
valle; i suoi mille rivoli, le pozzanghere, gli ingorghi di fogliame e di rametti
a formare piccole dighe; le zone già asciutte e quelle ancora inzuppate; gli
insetti intenti a ripristinare i loro cunicoli, spingendo fuori la terra a formare
curiose montagnole simili a piccoli vulcani e varie altre piccole cose, che il
più delle volte non avrei neanche notato. Ero uscito per riposare un po’ gli
occhi e distrarmi dal lavoro, dopo ore di concentrazione su letture ponderose …
La strana conformazione di alcune conche
colme d’acqua e lo scorrere lento di quei placidi sgocciolamenti mi riportava il
pensiero a qualche schema visto dianzi sulle illustrazioni dei miei testi, curiose
combinazioni, scherzi della stanchezza … o forse no.
Poco prima di alzarmi dalla sedia, riflettevo
sui cosiddetti “falsi vuoti”, quelli che caratterizzano l’evoluzione cosmologica
… ed ecco un chiaro esempio: l’acqua che scorre e si incista, lungo un pendio,
dopo la pioggia. L’energia esplosiva dei primordi fluiva alla ricerca di un equilibrio,
come acqua che scaricata in alto dalla pioggia segua il suo percorso, obbligato
dalla gravità, verso il punto più basso tra quelli … “possibili”. Se però
incontra un’incavo o un altro tipo di ostacolo, il suo minimo, il suo punto di
equilibrio, il suo fine corsa, diventerà un falso minimo, un falso punto di
equilibrio, un falso fine corsa … Basterebbe un niente per rompere quell’equilibrio
precario e farla proseguire fino al mare, dove effettivamente troverebbe il suo
vero “minimo”, il suo “equilibrio” terminale, l’effettiva “fine” della sua corsa.
Quando si legge che il nostro universo potrebbe
essersi formato in un settore in “equilibrio metastabile”, in fondo, si parla
di qualcosa di simile ad una pozzanghera sul bordo di una scarpata, la cui
acqua potrebbe per un nonnulla tracimare o franare verso valle in qualunque
momento e per mille possibili accidenti del caso. Così come capita che la pioggia
col suo improvviso impulso di energia di caduta possa generare non solo
rigagnoli d’acqua che scorrono direttamente a valle, ma anche intasamenti di
materiali galleggianti che formano estemporanee dighe in grado di formare pozze
più o meno grandi … allo stesso modo un’improvviso BigBang che dia vita a un
universo in espansione può provocare ogni genere di spinte, sfondamenti e contraccolpi
in grado di ingarbugliare i flussi e i controflussi, di alterare la densità in
modi diversi in zone diverse, perfino di scatenare la formazione di strutture
puramente dinamiche ma che al proprio “interno” contengano “mondi” … E noi
potremmo anche essere uno di quei “mondi”, sull’orlo di una cosmica “scarpata” …
Certo vi sono differenze non trascurabili e
tuttavia il confronto regge: la ricerca dell’equilibrio è alla base di ogni
fenomeno, anche se nel caso dell’acqua è la gravità del nostro pianeta a
dettare le regole, mentre qualcosa di diverso spiega il tipo di equilibrio di
cui la pura energia delle origini è alla ricerca. Semmai occorre precisare meglio
ciò che il concetto di equilibrio rappresenta al di là delle parole.
Il bambino che è in noi si chiederebbe subito
“perché” la ricerca dell’equilibrio dovrebbe avere tanta importanza … ma non
noi, noi lo sappiamo fin dalle elementari: l’acqua cerca l’equilibrio che ha
perso quando, dal mare in cui paciosamente si trastullava, il caldo del sole l’ha
fatta evaporare in cielo a formare nuvole che poi, col freddo di altre correnti
d’aria, hanno provocato la pioggia e la discesa su terreni impervi e
sopraelevati, dai quali a fatica ogni goccia s’è dovuta fare strada verso … “casa”;
ma come c’entra tutto questo col BigBang? …
Facciamo un passo alla volta e definiamo
meglio il concetto di equilibrio. Nel caso del ciclo atmosferico dell’acqua, l’equilibrio
ha a che fare con le variazioni di temperatura che coinvolgono mare, aria e
terra, nonché il sole: Il sole immette energia nella nostra atmosfera e questo comporta
lo sbilanciamento, la perdita di equilibrio, dell’intero sistema; dopodiché il
sistema parte alla ricerca dei un nuovo equilibrio e tutto quello che accade
nel frattempo non è che il passaggio di energia in eccesso, da un settore ad un
altro, fino al raggiungimento di un nuovo stato simmetrico tra le varie
componenti. La parola magica dunque è SIMMETRIA. Se manca la simmetria, i
settori si agitano per trovare un nuovo equilibrio che la ristabilisca.
Non importa di quale particolare argomento
si stia parlando, se c’entra l’energia, c’entra la simmetria e se manca la
simmetria è necessario ripristinare l’equilibrio tra le varie forze in gioco
per ritrovarla. Sembra facile, ma non lo è! …
La simmetria NON ESISTE, per definizione, non
nel nostro universo, non per quel che ci è dato sapere! …
Il dato scientifico per cui tutto è alla
ricerca dell’equilibrio rimane, ma nessuno ha mai visto, o riesce ad immaginare,
ciò che invece possiamo osservare nel caso dell’acqua, che quando giunge al
mare è a casa. Nell’universo non può mai esserci un tale esito, la ricerca dell’equilibrio
è perenne ed assomiglia di più all’equilibrio “in caduta” di chi cammina: non
saremmo qui se l’universo conoscesse la simmetria perfetta.
Se mai esistesse una spiegazione del BigBang,
essa avrebbe a che fare con l’impossibilità di raggiungere lo stato a entropia
zero (simmetria perfetta): proprio perché ciò non è possibile, l’universo è l’ipostatizzazione
del cambiamento, sotto forma di energia indistruttibile.
Detto in altre parole: Può l’universo NON
esistere? No! Se potesse lo farebbe. L’universo esiste e quindi non può che
essere eterno: l’universo è la storia di tutte le possibili trasformazioni che l’energia
è in grado di esprimere; esso è la manifestazione dell’impossibilità di
distruggere l’energia, così come di crearla: l’energia è eterna e irrefrenabile
e si trasforma perennemente. Quando, occasionalmente, l’entropia (disordine) si
riduce al minimo entrano in gioco le cosiddette fluttuazioni quantistiche che
rendono impossibile ulteriori passi in quella direzione, probabilmente
provocando fenomeni parossistici come quelli che noi comunemente chiamiamo
BigBang. Un BigBang sarebbe la reazione occasionale all’eccesso di “ordine”,
ovvero alla situazione per cui l’entropia globale dovesse risultare casualmente
(statisticamente) troppo ridotta.
Questo tipo di spiegazione si richiama ad alcune
ipotesi scientifiche che prevedono il cosiddetto universo ciclico: un universo
in cui i minimi e i massimi dell’entropia si verificano a scadenze, più o meno
regolare, che si ripetono e che producono sempre nuovi universi più o meno
duraturi, più o meno adatti alla fenomenologia che conosciamo e/o a leggi
fisiche di un qualsiasi tipo. Altre strade suggeriscono la proliferazione
caotica di “sacche” di universi, che
nascono e muoiono in continuazione ad infinitum. Nella scatola dei cioccolatini
ci sono anche i cosiddetti “universi paralleli”.
Avete mai notato che, anche se smette di
piovere, prima o poi ci rifà? …
Anche l’universo ci rifà … ma solo perché non
ha alternative: l’universo è l’espressione del perenne mutare dell’energia che
lo costituisce e che tenta costantemente di raggiungere l’equilibrio (lo stato simmetrico
perfetto) ma è impossibilitato a farlo dalla sua stessa natura: in un
esperimento tipico della meccanica quantistica un raggio laser viene fatto
passare per un foro minuscolo, che viene poi ridotto ulteriormente; finché il
raggio ha lo spazio per passare esso colpisce lo schermo di fronte come un
punto, ma appena il foro si riduce sullo schermo il punto si allarga a
dismisura. L’energia non tollera costrizioni e quando è costretta senza via di
scampo può … creare un universo.
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P.S. Ora vediamo il concetto di simmetria
sotto una luce diversa e scopriamo se sia poi così complessa e astrusa come può
apparire all’ascoltatore distratto. Ci muoveremo passo passo, a rischio di dare
l’impressione di intrattenere una discussione sul più e sul meno … Starà a voi
raccoglierne i frutti, sani o ammaccati, acerbi o maturi che siano.
Un paio di premesse ci possono agevolare: la
prima è che per simmetria si intende l’estensione del concetto classico (e dal
suono un po’ dogmatico) di “legge fisica”, nell’intento di inglobare alle precedenti
conoscenze meccaniche sulle macchine termodinamiche (motori, ecc.) anche tutte
le nuove osservazioni sperimentali nell’ambito subatomico; la seconda è che
consideriamo la natura come fondamentalmente “neutrale” ed “equilibrata” in
condizioni ideali, mentre nella realtà prevalgono gli effetti di un insieme di “forze”
(i.e anomalie) che generano tendenze e squilibri solo apparentemente misteriosi.
In condizioni normali un panno, una bacchetta
di plastica e alcuni pezzetti di carta appoggiati su un tavolo sono indifferenti (neutri
/ in equilibrio) dal punto di vista elettrico: tale neutralità si può esprimere
sinteticamente in termini di perfetta “simmetria di carica elettrica”.
Ora prendiamo il panno e ci strofiniamo per
bene la bacchetta; questo semplice gesto è in grado di “strappare“ elettroni
dalla superficie della bacchetta che adesso non è più elettricamente neutra e
che vi permetterà di sollevare i vari pezzetti di carta come se vi fosse un
adesivo a tenerli attaccati alla bacchetta … Quello che accade invece, è che lo
strofinamento, rimuovendo degli elettroni ha prodotto una cosiddetta “rottura di simmetria” e un conseguente squilibrio di carica: le cariche positive
spaiate nella bacchetta attirano gli elettroni superficiali dei pezzetti di
carta che a loro volta sono attratti anche dai nuclei dei quali fanno già parte
nella carta. E’ un po’ come giocare con delle calamite, avvicinandole tra loro
e osservando come, anche senza adesivo, esse tendano a restare appiccicate tra
loro (qui è in gioco la “carica magnetica” anziché quella elettrica).
Rompere una simmetria (come quella elettrica)
equivale a scatenare delle “forze” - prima assenti – che continueranno ad agire
finché lo squilibrio non venga ricomposto, in modo diretto o indiretto (cioè recuperando
gli elettroni persi, o aderendo ad un’altra superficie, per condividerli con
essa).
Com’è possibile che una forza in grado di far
aderire la carta alla bacchetta compaia dal “nulla”? … Già il famoso “nulla” …
che non c’è. Dunque, da dove proviene la forza che spinge la carta a rimanere
vicino alla bacchetta? …
L’energia come sappiamo non si crea e non si
distrugge, ma si può trasformare ovvero trasferire, anche se con qualche
piccolo inevitabile “spreco”. Ogni vola che spostiamo l’energia dai nostri
muscoli ad una qualsiasi azione, come lo sfregamento del panno intorno alla
bacchetta, stiamo facendo proprio questo: trasformiamo energia muscolare (biologica)
in energia meccanica e – date le giuste circostanze – possiamo provocare la
rottura di una simmetria (neutralità) temporanea, come quella degli atomi della
bacchetta: la neutralità di carica perduta sviluppa una “tensione” fra le
cariche positive e negative delle superfici trattate. Ogni trasformazione dell’energia
presuppone un precedente stato dell’energia e quindi andando a ritroso – ad infinitum
- ci fa capire come l’energia sia “eterna”.
Da questo semplice esempio, con i dovuti
adattamenti, si possono ricostruire tutti i fenomeni naturali; non che ciò sia
stato già effettivamente adempiuto in tutti i dettagli, ma la scienza ha percorso
una parte importante di tale strada e, salvo sorprese, è plausibile che si
troveranno col tempo tutte le soluzioni teoriche in questo tipo di contesto.
Come per la carica elettrica, così per tutte le altre manifestazioni
fenomenologiche studiate stanno emergendo principi simili, legati alla rotture
di simmetrie in parte distinte eppure allo stesso tempo collegate da un ordine
gerarchico di cui si intravvedono le linee generali.
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P.S.2 Come in tutte le cose umane,
spesso anche per gli scienziati accade che l’entusiasmo porti a dare per
scontato ciò che non lo è … Capita così che ci si debba ricredere e fare dei
passi indietro per poter trovare una strada diversa e superare ostacoli
inaspettati. Oggi, siamo appunto in una di quelle situazioni e ci sono ostacoli
imprevisti che sembrano creare perplessità e ripensamenti: sembrava che essendo
tutte le forze in natura l’espressione di una particolare simmetria “rotta” (fuori
equilibrio / non neutra) ed essendo noto che alcune di esse sono collegate e
possono essere gerarchicamente interdipendenti, la logica conseguenza faceva
presagire una scala gerarchica che avrebbe condotto ad una “super simmetria” in
grado di generare tutte le altre, ovvero di esserne la matrice ... la madre di tutte le simmetrie, per così dire.
Quest’idea è stata messa alla prova per molti
decenni ormai e non sta rispondendo alle aspettative, anche se non è ancora
possibile escluderla del tutto. Nel frattempo sono state fatte scoperete
rivoluzionarie ed è possibile che servirà altro tempo e altro lavoro prima di ritrovare
il bandolo della matassa. SUSY (SUper SYmmetria) potrebbe non essere corretta
nelle forme studiate fino ad oggi, ma il fondamento teorico su cui poggia è
abbastanza solido da rimanere alla base di tutta la fisica ancora per molto e
personalmente mi auguro che presto o tardi la natura ci suggerisca la nuova
direttrice di ricerca con uno dei suoi colpi di teatro …
Già passato, mi sono permesso di usare un
escamotage per aggirare l’attuale impasse: se non troviamo il sentiero,
cerchiamo l’autostrada …
In alcuni dei miei racconti, ho lanciato l’idea
che si dia per scontata la SUSY (prima o poi capiremo come “aggiustarla”) e si
passi al livello successivo; introducendo quella che all’epoca (con scarsa
modestia) battezzai: IPER-SIMMETRIA.
Questo è chiaramente un gioco, ma giocato
come se fosse la cosa più seria del mondo, per cui ci sono regole severe da
rispettare. Sono le comuni regole che la scienza impone a chi voglia consentire
a tutti si sottoporre le ipotesi a verifica, sia di congruenza che
sperimentali.
L’ipotesi vuole che tutte le forme di energia
rispondano inevitabilmente ad un principio superiore di simmetria, sia che ne
conosciamo i dettagli oppure no. Questo significa
che adesso abbiamo ammesso alla partita sia la materia oscura che l’energia
oscura, ma non solo, accettiamo anche tutte quelle forme di energia che non
avessimo eventualmente ancora scoperto (siano esse scoperte a venire, o anche puri
voli pindarici): in questo modo tutte le teorie correnti, o anche solo le
ipotesi, possono trovare posto, purché coerenti e sperimentalmente plausibili.
Presumiamo che l’universo (uno, trino, o
multiplino che piaccia definirlo) debba – con questo nome o con uno diverso – rendere
conto di tutto ciò che identifichiamo nell’ambito della fenomenologia (le “cose”
che tutti possiamo direttamente o indirettamente testare e su cui perciò possiamo
convenire; e con ciò escludiamo: le opinioni religiose e politiche, i gusti
sessuali, i sogni naturali o chimici, ecc., ecc.).
Secondo questa ipotesi, anche nel caso della
nostra IPER-SIMMETRIA possiamo affermare, che si tratta di una
simmetria che non esiste … Lo abbiamo già
spiegato in precedenza, ma meglio ripassare: l’equilibrio può essere statico, o
dinamico. E’ statico (temporaneamente / apparentemente) come nel caso di una
persona in piedi e ferma, ovvero di una bicicletta parcheggiata; viceversa è
dinamico come nel caso di una persona che cammini, oppure vada correttamente in
bicicletta … In questi due ultimi casi, il moto è possibile proprio perché vi è
una costante “perdita controllata dell’equilibrio”, che si risolve nel suo
recupero, seguito da un’altra perdita e un altro recupero … ad libitum. C’è dunque
differenza tra perdere l’equilibrio e cadere rovinosamente e perderlo quanto basti
a produrre un moto basato su una partita di scambio tra perdita e recupero dell’equilibrio
stesso.
Noi non dobbiamo dimenticare anche l’importante
differenza tra l’energia che osserviamo in un sistema circoscritto come la
terra e invece un sistema globale, come sarebbe considerando la totalità dell’universo.
La terra riceve continue “spinte” esterne dall’energia degli altri oggetti nel
sistema solare e oltre. Viceversa l’universo - come lo abbiamo inteso in questo
lavoro - NON HA E NON PUO’ AVERE altri riferimenti che se stesso e l’energia di
cui si compone. Questo comporta un preciso concetto: un infinito e un confine.
Nessun paradosso! Basta pensare ad una sfera: il numero dei percorsi ammessi
sulla sua superficie sono praticamente infiniti ma la sfera ha sempre un
diametro finito.
Possiamo pensare all’universo come un’entità
dalle dimensioni indefinite, ma se vogliamo che l’energia sia reale, ne consegue
anche che sia finita (ovvero NON INFINITA) … Ma le forme che può – e deve - assumere,
quelle … sono infinite!
Ci siamo allontanati dalla definizione che ci
si aspetta da me circa l’IPER-SIMMETRIA; ma era necessario preparare il
terreno. Quello che in effetti intendo descrivere è un cosiddetto “stato” e
corrisponde ai vari stati che le sostanze a noi note possono assumere: lo stato
solido, liquido, gassoso, ecc. … ma anche lo stato di un sistema: in equilibrio
oppure in evoluzione … ovvero lo stato di un atomo che può essere o meno “eccitato”
… e così via dicendo. Introduciamo l’idea di uno “stato iper-simmetrico”:
sarebbe lo stato in cui si troverebbe l’universo se … NON ESISTESSE! … ma
esiste!!
Siccome l’universo “esiste” l’iper-simmetria
è una simmetria permanentemente “rotta”, proprio come lo è la simmetria di
carica elettrica quando sfreghiamo la bacchetta con il panno. E proprio come in
quel caso emergono le forze elettriche a tentare di riportare il sistema alla “neutralità
elettrica”, anche nel caso della rottura dell’iper-simmetria entrano in gioco –
a cascata – tutte le forze che conosciamo e le rotture delle altre simmetrie
gerarchicamente sottostanti a cercare di riportare l’universo verso l’equilibrio,
verso la neutralità … verso quel “nulla”, che non può esistere.
===
P.S.3 Se si verificasse
effettivamente lo “stato iper-simmetrico” nulla potrebbe manifestarsi, nel
senso in cui noi intendiamo gli eventi reali; ma il fatto che ci siano davanti a
noi le persone, i motori, i pianeti, le stelle, le galassie, ecc. … ci dice che
troppe cose si comportano come ci si aspetta in base alle “leggi fisiche” /
“simmetrie di natura” perché si possa pensare a pure coincidenze: l’energia
nelle sue manifestazioni fenomenologiche è un dato col quale fare i conti e i
migliori conti si fanno con la matematica e la matematica ha rivelato – per
prima a una “certa Signora” Emmy Noether - come tutto ciò si possa ricomporre.
In fin dei conti però, a cosa serve l’ipotesi
dell’IPER-SIMMETRIA? … Diciamo che potrebbe rispondere ad alcune domande sulla
fine e sul principio dell’attuale “ciclo cosmologico”, se così lo vigliamo
chiamare.
Se noi consideriamo questo nostro universo
solo uno fra tutti quelli possibili e accettiamo che gli eventi non hanno avuto
inizio col BigBang, né avranno fine coi BigCrunch, o BigRip di cui si parla e
se escludiamo che “parallelo” possa darci le risposte che cerchiamo, allora ci
serve qualche nuovo spunto su cui puntare … Vediamo se il mio è buono
abbastanza.
La simmetria di carica ci ha insegnato a
ragionare in termini di simmetria e della sua rottura e ci ha aiutato a
pensare a tutte le forme di energia in questi termini. Mentre per le forme
comuni di energia la simmetria equivale all’equilibrio, o alla neutralità, nel
caso di una simmetria che coinvolga l’intero universo abbiamo concluso che ciò
non sia possibile e tuttavia ciò non significa che a tale simmetria non si
possa tendere, come a qualsiasi altra. Quando prendiamo in considerazione i
momenti estremi di un universo, non possiamo evitare di chiederci quali
inimmaginabili forze possano entrare in gioco. In natura, conosciamo solo pochi
eventi così estremi: il presunto BigBang stesso e i più che reali Buchi Neri.
Purtroppo entrambi sono riconducibili
all’unica forza di natura che non è ancora riconducibile ad una teoria
simmetrica: la gravità ci appare come una forza puramente “attrattiva” e non
sembra avere una controparte “repulsiva” e quindi non sappiamo come essa
potrebbe emergere da una scissione, o “rottura”, di una qualche simmetria
originaria.
Almeno fino a quando non spingiamo il gioco
al suo limite: se invece di pensare al BigBang come ad un inizio, lo pensassimo
specularmente, come la fine e pensassimo a cosa succederebbe negli ultimi
istanti di quel mostruoso collasso globale … In fondo esiste già una teoria,
che prevederebbe il cosiddetto BigCrunch, in cui tutto collassa in un punto
alla fine di un ciclo universale.
Se procediamo passo per passo, ci troviamo a
ripercorrere le fasi di “rottura” al contrario ed esse ci appaiono come
transizioni verso un fase gerarchicamente più “integra” di quelle preesistenti:
al crescere dell’energia le differenze diminuiscono, le forze si unificano e si
semplificano.
Allo stadio successivo, al crescere ulteriore
dell’energia e del collasso gravitazionale non ci sono più distinzioni rimaste
e non c’è più spazio per le differenze di posizione, tutto sta per convergere
in un punto adimensionale … ma non ci stiamo dimenticando di qualcosa? …
Cosa dicevamo alla fine della sezione
principale: “L’energia non tollera
costrizioni e quando è costretta senza via di scampo può … creare un universo.”
Ecco dove si trova il “contraltare” della
gravità: l’energia non può subire costrizioni e quando ciò accade si scatena in
tutta la sua “potenza” e lo fa in modo incontrollato e violento, creando – o ricreando
– tutto lo spazio (l’universo) di cui non può fare a meno.
In termini quasi scientifici, si potrebbe dire
che esiste una “iper-simmetria” per la quale alla gravità puramente attrattiva si
contrappone il principio di indeterminazione di Heisenberg, il quale - nelle
condizioni adatte – è in grado di trasferire/trasformare tutta la potenza della
gravità in una nuova forma: lo spaziotempo. Meglio ancora, in una fase di
collasso che avvicini l’intera energia del sistema allo stato iper-simmetrico si
raggiunge un punto critico, oltre il quale avviene una transizione di fase tra
gravità-attrattiva e inflatone – o altro (questa è materia per quelli bravi!) –
e l’espansione ha inizio.
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(Image credit: publicly available)
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