Studiando in modo completo il nostro universo, gli scienziati determinano una serie di modelli e fatti, che successivamente diventano leggi dimostrate da ipotesi. Sulla base di essi, altre ricerche continuano a contribuire a uno studio completo del mondo in numeri.

La teoria delle stringhe dell'universo è un modo di rappresentare lo spazio dell'universo, costituito da alcuni fili, chiamati stringhe e brane. Per dirla semplicemente (per i principianti), la base del mondo non sono le particelle (come sappiamo), ma elementi energetici vibranti chiamati stringhe e brane. La dimensione della corda è molto, molto piccola: circa 10-33 cm.

A cosa serve ed è utile? La teoria ha fornito lo slancio per la descrizione del concetto di “gravità”.

La teoria delle stringhe è matematica, cioè la natura fisica è descritta da equazioni. Ce ne sono molti, ma non ce n'è uno vero. Le dimensioni nascoste dell'universo non sono state ancora determinate sperimentalmente.

La teoria si basa su 5 concetti:

1. Il mondo è costituito da fili in uno stato vibrante e da membrane energetiche.
2. In teoria, la base è la teoria della gravità e fisica quantistica.
3. La teoria unifica tutte le forze fondamentali dell'universo.
4. Hanno particelle i bosoni e i fermioni il nuovo tipo connessioni - supersimmetria.
5. La teoria descrive dimensioni dell’Universo che non sono osservabili dall’occhio umano.

Un confronto con una chitarra ti aiuterà a comprendere meglio la teoria delle corde.

Il mondo ha sentito parlare per la prima volta di questa teoria negli anni settanta del ventesimo secolo. Nomi degli scienziati nello sviluppo di questa ipotesi:

• Scritto;
• Veneziano;
• Verde;
• Grossolano;
• Kaku;
• Maldacena;
• Poliakov;
• Susskind;
• Schwartz.

I fili energetici erano considerati stringhe unidimensionali. Ciò significa che la stringa ha 1 dimensione: lunghezza (nessuna altezza). Ne esistono di 2 tipi:

• aperto, in cui le estremità non si toccano;
• ciclo chiuso.

Si è scoperto che possono interagire in 5 modi diversi, basandosi sulla capacità di connettere e separare le estremità. L'assenza di corde ad anello è impossibile, data la possibilità di abbinare corde aperte.

Di conseguenza, gli scienziati ritengono che la teoria sia in grado di descrivere non l'associazione delle particelle, ma il comportamento della gravità. Le brane o fogli sono considerati gli elementi a cui sono attaccate le stringhe.

La fisica teorica è oscura per molti, ma allo stesso tempo è di fondamentale importanza nello studio del mondo che ci circonda. Il compito di ogni fisico teorico è costruire un modello matematico, una teoria in grado di spiegare alcuni processi in natura.

Bisogno

Come è noto, leggi fisiche Il macrocosmo, cioè il mondo in cui esistiamo, differisce in modo significativo dalle leggi della natura nel microcosmo, all'interno del quale vivono atomi, molecole e particelle elementari. Un esempio potrebbe essere un principio di difficile comprensione chiamato dualismo delle onde carpuscolari, secondo il quale i microoggetti (elettrone, protone e altri) possono essere sia particelle che onde.

Come noi, i fisici teorici vogliono descrivere il mondo in modo breve e chiaro, che è lo scopo principale della teoria delle stringhe. Può aiutare a spiegarne alcuni processi fisici, sia a livello del macromondo che a livello del micromondo, che lo rende universale, unificando altre teorie precedentemente non correlate (relatività generale e meccanica quantistica).

L'essenza

Secondo la teoria delle stringhe, il mondo intero non è costruito da particelle, come si crede oggi, ma da oggetti infinitamente sottili lunghi 10-35 m che hanno la capacità di vibrare, il che ci permette di tracciare un'analogia con le corde. Utilizzando un complesso meccanismo matematico, queste vibrazioni possono essere associate all'energia, e quindi alla massa; in altre parole, qualsiasi particella nasce come risultato dell'uno o dell'altro tipo di vibrazione di una stringa quantistica.

Problemi e caratteristiche

Come ogni teoria non confermata, la teoria delle stringhe presenta una serie di problemi che indicano che necessita di miglioramenti. Questi problemi includono, ad esempio, quanto segue: come risultato dei calcoli, matematicamente c'era nuovo tipo particelle che non possono esistere in natura: i tachioni, il cui quadrato della massa è inferiore a zero e la velocità di movimento supera la velocità della luce.

Un altro problema importante, o meglio una caratteristica, è l’esistenza della teoria delle stringhe solo nello spazio a 10 dimensioni. Perché percepiamo altre dimensioni? “Gli scienziati sono giunti alla conclusione che su scala molto piccola questi spazi si piegano e si chiudono su se stessi, rendendoci impossibile identificarli.

Sviluppo

Esistono due tipi di particelle: fermioni - particelle di materia e bosoni - portatori di interazione. Ad esempio, un fotone è un bosone che trasporta l'interazione elettromagnetica, un gravitone è gravitazionale o lo stesso bosone di Higgs che trasporta l'interazione con il campo di Higgs. Quindi, se la teoria delle stringhe prendeva in considerazione solo i bosoni, allora la teoria delle superstringhe prendeva in considerazione anche i fermioni, il che rendeva possibile eliminare i tachioni.

La versione finale del principio delle superstringhe è stata sviluppata da Edward Witten e si chiama "teoria m", secondo la quale dovrebbe essere introdotta un'undicesima dimensione per unificare tutte le diverse versioni della teoria delle superstringhe.

Probabilmente possiamo finire qui. I fisici teorici stanno lavorando diligentemente per risolvere problemi e perfezionare il modello matematico esistente paesi diversi pace. Forse presto saremo finalmente in grado di comprendere la struttura del mondo che ci circonda, ma guardando indietro alla portata e alla complessità di quanto sopra, è ovvio che la descrizione del mondo risultante non sarà comprensibile senza una certa base di conoscenza in campo della fisica e della matematica.

A scuola abbiamo imparato che la materia è costituita da atomi e gli atomi sono costituiti da nuclei attorno ai quali ruotano gli elettroni. I pianeti ruotano attorno al sole più o meno allo stesso modo, quindi è facile per noi immaginarlo. Poi l'atomo fu diviso in particelle elementari e divenne più difficile immaginare la struttura dell'universo. Su scala particellare si applicano leggi diverse e non è sempre possibile trovare un'analogia con la vita. La fisica è diventata astratta e confusa.

Ma il passo successivo della fisica teorica ha restituito il senso della realtà. La teoria delle stringhe descriveva il mondo in termini nuovamente immaginabili e quindi più facili da comprendere e ricordare.

L'argomento non è ancora facile, quindi andiamo con ordine. Per prima cosa, scopriamo qual è la teoria, quindi proviamo a capire perché è stata inventata. E per dessert, un po’ di storia; la teoria delle stringhe ha una storia breve, ma con due rivoluzioni.

L'universo è costituito da fili vibranti di energia

Prima della teoria delle stringhe, le particelle elementari erano considerate punti: forme adimensionali con determinate proprietà. La teoria delle stringhe li descrive come fili di energia che hanno una dimensione: la lunghezza. Questi fili unidimensionali vengono chiamati stringhe quantistiche.

Fisica teorica

Fisica teorica
descrive il mondo usando la matematica, in contrapposizione alla fisica sperimentale. Il primo fisico teorico fu Isaac Newton (1642-1727)

Il nucleo di un atomo con elettroni, particelle elementari e stringhe quantistiche attraverso gli occhi di un artista. Frammento del documentario "Elegant Universe"

Le stringhe quantistiche sono molto piccole, la loro lunghezza è di circa 10 -33 cm, ovvero cento milioni di miliardi di volte più piccole dei protoni che si scontrano nel Large Hadron Collider. Tali esperimenti con le stringhe richiederebbero la costruzione di un acceleratore delle dimensioni di una galassia. Non abbiamo ancora trovato un modo per rilevare le stringhe, ma grazie alla matematica possiamo indovinare alcune delle loro proprietà.

Le stringhe quantistiche sono aperte e chiuse. Le estremità aperte sono libere, mentre le estremità chiuse si chiudono l'una sull'altra formando degli anelli. Le stringhe si “aprono” e “si chiudono” costantemente, collegandosi con altre stringhe e suddividendosi in stringhe più piccole.

Le stringhe quantistiche sono allungate. La tensione nello spazio si verifica a causa della differenza di energia: per le corde chiuse tra le estremità chiuse, per le corde aperte - tra le estremità delle corde e il vuoto. I fisici chiamano questo vuoto facce dimensionali bidimensionali, o brane, dalla parola membrana.

centimetri: la dimensione più piccola possibile di un oggetto nell'universo. Si chiama lunghezza di Planck

Siamo fatti di stringhe quantistiche

Le corde quantistiche vibrano. Si tratta di vibrazioni simili a quelle delle corde di una balalaika, con onde uniformi e tutta una serie di minimi e massimi. Quando vibra, una corda quantistica non produce suono, su scala particelle elementari non c'è nulla a cui trasmettere le vibrazioni sonore. Diventa esso stesso una particella: vibra a una frequenza - un quark, a un'altra - un gluone, a una terza - un fotone. Pertanto, una stringa quantistica è un singolo elemento costruttivo, un “mattone” dell’universo.

L'universo è solitamente raffigurato come spazio e stelle, ma è anche il nostro pianeta, tu e io, il testo sullo schermo e le bacche nella foresta.

Diagramma delle vibrazioni delle corde. A qualsiasi frequenza, tutte le onde sono uguali, il loro numero è intero: uno, due e tre

Regione di Mosca, 2016. Ci sono molte fragole, solo più zanzare. Sono fatti anche di corde.

E lo spazio è là fuori da qualche parte. Torniamo nello spazio

Quindi, al centro dell’universo ci sono le stringhe quantistiche, fili di energia unidimensionali che vibrano, cambiano dimensione e forma e scambiano energia con altre stringhe. Ma non è tutto.

Le stringhe quantistiche si muovono nello spazio. E lo spazio sulla scala delle stringhe è la parte più interessante della teoria.

Le stringhe quantistiche si muovono in 11 dimensioni

Teodoro Kaluza
(1885-1954)

Tutto è iniziato con Albert Einstein. Le sue scoperte hanno dimostrato che il tempo è relativo e lo ha unito allo spazio in un unico continuum spazio-temporale. Il lavoro di Einstein spiegava la gravità, il movimento dei pianeti e la formazione dei buchi neri. Inoltre, hanno ispirato i loro contemporanei a fare nuove scoperte.

Einstein pubblicò le equazioni della Teoria della Relatività Generale nel 1915-16 e già nel 1919 il matematico polacco Theodor Kaluza cercò di applicare i suoi calcoli alla teoria del campo elettromagnetico. Ma è sorta la domanda: se la gravità einsteiniana piega le quattro dimensioni dello spaziotempo, cosa piegano le forze elettromagnetiche? La fede in Einstein era forte e Kaluza non aveva dubbi che le sue equazioni avrebbero descritto l'elettromagnetismo. Invece, propose che le forze elettromagnetiche stessero piegando un’ulteriore quinta dimensione. L'idea piacque ad Einstein, ma la teoria non fu verificata mediante esperimenti e fu dimenticata fino agli anni '60.

Albert Einstein (1879-1955)

Teodoro Kaluza
(1885-1954)

Teodoro Kaluza
(1885-1954)

Albert Einstein
(1879-1955)

Le prime equazioni della teoria delle stringhe produssero strani risultati. In essi apparvero i tachioni: particelle con massa negativa che si muovevano velocità più veloce Sveta. È qui che è tornata utile l'idea di Kaluza della multidimensionalità dell'universo. È vero, cinque dimensioni non bastavano, così come non bastavano sei, sette o dieci. La matematica della prima teoria delle stringhe avrebbe senso solo se il nostro universo avesse 26 dimensioni! Le teorie successive ne hanno abbastanza di dieci, ma in quella moderna ce ne sono undici: dieci spaziali e temporali.

Ma se è così, perché non vediamo le sette dimensioni extra? La risposta è semplice: sono troppo piccoli. Da lontano, un oggetto tridimensionale apparirà piatto: un tubo dell'acqua apparirà come un nastro, e Palloncino- tutto intorno. Anche se potessimo vedere oggetti in altre dimensioni, non considereremmo la loro multidimensionalità. Gli scienziati chiamano questo effetto compattazione.

Le dimensioni extra sono piegate in forme impercettibilmente piccole di spazio-tempo: sono chiamate spazi di Calabi-Yau. Da lontano sembra piatto.

Possiamo rappresentare sette dimensioni aggiuntive solo sotto forma di modelli matematici. Queste sono fantasie costruite sulle proprietà dello spazio e del tempo a noi note. Aggiungendo una terza dimensione, il mondo diventa tridimensionale e possiamo aggirare l'ostacolo. Forse, utilizzando lo stesso principio, è corretto aggiungere le restanti sette dimensioni e quindi, utilizzandole, puoi aggirare lo spazio-tempo e raggiungere qualsiasi punto di qualsiasi universo in qualsiasi momento.

misurazioni nell'universo secondo la prima versione della teoria delle stringhe: bosonica. Ora è considerato irrilevante

Una linea ha una sola dimensione: la lunghezza

Un palloncino è tridimensionale e ha una terza dimensione: l'altezza. Ma per un uomo bidimensionale sembra una linea

Proprio come un uomo bidimensionale non può immaginare la multidimensionalità, così non possiamo immaginare tutte le dimensioni dell'universo.

Secondo questo modello, le stringhe quantistiche viaggiano sempre e ovunque, il che significa che le stesse stringhe codificano le proprietà di tutti gli universi possibili dalla loro nascita fino alla fine dei tempi. Sfortunatamente, il nostro pallone è piatto. Il nostro mondo è solo una proiezione quadridimensionale di un universo a undici dimensioni sulle scale visibili dello spazio-tempo e non possiamo seguirne i fili.

Un giorno vedremo il Big Bang

Un giorno calcoleremo la frequenza delle vibrazioni delle corde e l'organizzazione di ulteriori dimensioni nel nostro universo. Allora impareremo assolutamente tutto al riguardo e potremo vedere il Big Bang o volare su Alpha Centauri. Ma per ora questo è impossibile: non ci sono suggerimenti su cosa fare affidamento nei calcoli e puoi trovare i numeri necessari solo con la forza bruta. I matematici hanno calcolato che ci saranno 10.500 opzioni da selezionare. La teoria è arrivata a un vicolo cieco.

Eppure la teoria delle stringhe è ancora in grado di spiegare la natura dell’universo. Per fare questo deve collegare tutte le altre teorie, diventare la teoria di tutto.

La teoria delle stringhe diventerà la teoria di tutto. Forse

Nella seconda metà del XX secolo i fisici confermarono una serie di teorie fondamentali sulla natura dell’universo. Sembrava che ancora un po' e avremmo capito tutto. Tuttavia, il problema principale non è ancora stato risolto: le teorie funzionano benissimo singolarmente, ma non forniscono un quadro complessivo.

Esistono due teorie principali: la teoria della relatività e la teoria quantistica dei campi.

opzioni per organizzare 11 dimensioni negli spazi Calabi-Yau - sufficienti per tutti gli universi possibili. Per fare un confronto, il numero di atomi nella parte osservabile dell'universo è di circa 10 80

Ci sono abbastanza opzioni per organizzare gli spazi di Calabi-Yau per tutti gli universi possibili. Per fare un confronto, il numero di atomi nell'universo osservabile è di circa 10 80

Teoria della relatività
descrisse l'interazione gravitazionale tra pianeti e stelle e spiegò il fenomeno dei buchi neri. Questa è la fisica di un mondo visivo e logico.

Modello di interazione gravitazionale della Terra e della Luna nello spazio-tempo einsteiniano

Teoria quantistica dei campi
determinò i tipi di particelle elementari e descrisse 3 tipi di interazione tra loro: forte, debole ed elettromagnetica. Questa è la fisica del caos.

Il mondo quantistico attraverso gli occhi di un artista. Video dal sito MiShorts

Viene chiamata la teoria quantistica dei campi con massa aggiunta per i neutrini Modello standard. Questa è la teoria di base della struttura dell'universo a livello quantistico. La maggior parte delle previsioni della teoria sono confermate dagli esperimenti.

Il Modello Standard divide tutte le particelle in fermioni e bosoni. I fermioni formano la materia: questo gruppo comprende tutte le particelle osservabili come il quark e l'elettrone. I bosoni sono le forze responsabili dell'interazione dei fermioni, come il fotone e il gluone. Si conoscono già due dozzine di particelle e gli scienziati continuano a scoprirne di nuove.

È logico supporre che l'interazione gravitazionale venga trasmessa anche dal suo bosone. Non l'hanno ancora trovato, ma ne hanno descritto le proprietà e hanno trovato un nome: gravitone.

Ma è impossibile unire le teorie. Secondo il Modello Standard, le particelle elementari sono punti adimensionali che interagiscono a distanze zero. Se questa regola viene applicata al gravitone, le equazioni danno risultati infiniti, il che le rende prive di significato. Questa è solo una delle contraddizioni, ma illustra bene quanto sia distante una fisica dall’altra.

Pertanto, gli scienziati sono alla ricerca di una teoria alternativa che possa combinare tutte le teorie in una sola. Questa teoria fu chiamata teoria del campo unificato, o teoria del tutto.

Fermioni
formano tutti i tipi di materia tranne la materia oscura

Bosoni
trasferire energia tra fermioni

La teoria delle stringhe potrebbe unire il mondo scientifico

La teoria delle stringhe in questo ruolo sembra più attraente di altre, poiché risolve immediatamente la contraddizione principale. Le stringhe quantistiche vibrano in modo che la distanza tra loro sia maggiore di zero e si evitano risultati di calcolo impossibili per il gravitone. E il gravitone stesso si adatta bene al concetto di stringa.

Ma la teoria delle stringhe non è stata dimostrata dagli esperimenti; i suoi risultati rimangono sulla carta. Tanto più sorprendente è il fatto che non sia stato abbandonato da 40 anni: il suo potenziale è così grande. Per capire perché ciò accade, guardiamo indietro e vediamo come si è sviluppato.

La teoria delle stringhe ha attraversato due rivoluzioni

Gabriele Veneziano
(nato nel 1942)

All’inizio la teoria delle stringhe non era affatto considerata un contendente all’unificazione della fisica. È stato scoperto per caso. Nel 1968 il giovane fisico teorico Gabriele Veneziano studiò le interazioni forti all'interno nucleo atomico. Inaspettatamente, scoprì che erano ben descritti dalla funzione beta di Eulero, un insieme di equazioni che il matematico svizzero Leonhard Euler aveva compilato 200 anni prima. Era strano: a quei tempi l'atomo era considerato indivisibile e il lavoro di Eulero lo risolveva esclusivamente problemi di matematica. Nessuno capiva perché le equazioni funzionassero, ma furono utilizzate attivamente.

Significato fisico Le funzioni beta di Eulero furono scoperte due anni dopo. Tre fisici, Yoichiro Nambu, Holger Nielsen e Leonard Susskind, suggerirono che le particelle elementari potrebbero non essere punti, ma corde vibranti unidimensionali. L'interazione forte per tali oggetti è stata descritta idealmente dalle equazioni di Eulero. La prima versione della teoria delle stringhe fu chiamata bosonica, poiché descriveva la natura di stringa dei bosoni responsabili delle interazioni della materia, e non riguardava i fermioni di cui è composta la materia.

La teoria era rozza. Coinvolgeva i tachioni e le principali previsioni contraddicevano i risultati sperimentali. E sebbene sia stato possibile eliminare i tachioni utilizzando la multidimensionalità di Kaluza, la teoria delle stringhe non ha messo radici.

• Gabriele Veneziano
• Yoichiro Nambu
• Holger Nielsen
• Leonard Susskind
• Giovanni Schwartz
• Michele Verde
• Edoardo Witten

• Gabriele Veneziano
• Yoichiro Nambu
• Holger Nielsen
• Leonard Susskind
• Giovanni Schwartz
• Michele Verde
• Edoardo Witten

Ma la teoria ha ancora sostenitori fedeli. Nel 1971, Pierre Ramon aggiunse i fermioni alla teoria delle stringhe, riducendo il numero delle dimensioni da 26 a dieci. Questo ha segnato l'inizio teoria della supersimmetria.

Diceva che ogni fermione ha il proprio bosone, il che significa che materia ed energia sono simmetriche. Non importa che l'universo osservabile sia asimmetrico, ha detto Ramon, ci sono condizioni in cui la simmetria viene ancora osservata. E se, secondo la teoria delle stringhe, fermioni e bosoni sono codificati dagli stessi oggetti, allora in queste condizioni la materia può essere convertita in energia e viceversa. Questa proprietà delle stringhe era chiamata supersimmetria, e la stessa teoria delle stringhe era chiamata teoria delle superstringhe.

Nel 1974, John Schwartz e Joel Sherk scoprirono che alcune delle proprietà delle corde corrispondevano in modo sorprendentemente accurato alle proprietà del presunto portatore di gravità, il gravitone. Da quel momento in poi la teoria cominciò seriamente a pretendere di essere generalizzante.

Le dimensioni dello spazio-tempo erano nella prima teoria delle superstringhe

"La struttura matematica della teoria delle stringhe è così bella e ha così tante proprietà sorprendenti che deve sicuramente puntare a qualcosa di più profondo."

La prima rivoluzione delle superstringheè successo nel 1984. Presentati John Schwartz e Michael Green modello matematico, che ha dimostrato che molte contraddizioni tra la teoria delle stringhe e il Modello Standard possono essere risolte. Le nuove equazioni collegavano la teoria anche a tutti i tipi di materia ed energia. Il mondo scientifico fu colto dalla febbre: i fisici abbandonarono la ricerca e passarono allo studio delle stringhe.

Dal 1984 al 1986 furono scritti più di mille articoli sulla teoria delle stringhe. Hanno dimostrato che molte delle disposizioni del Modello Standard e della teoria della gravità, che erano state messe insieme nel corso degli anni, derivano naturalmente dalla fisica delle stringhe. La ricerca ha convinto gli scienziati che una teoria unificante è proprio dietro l’angolo.

"Il momento in cui vieni introdotto alla teoria delle stringhe e ti rendi conto che quasi tutti i principali progressi della fisica dell'ultimo secolo sono scaturiti - e fluiscono con tale eleganza - da un punto di partenza così semplice, dimostra chiaramente l'incredibile potere di questa teoria."

Ma la teoria delle stringhe non aveva fretta di rivelare i suoi segreti. Al posto dei problemi risolti ne sono sorti di nuovi. Gli scienziati hanno scoperto che non esiste una, ma cinque teorie sulle superstringhe. Le corde in essi avevano tipi diversi supersimmetria e non c’era modo di sapere quale teoria fosse corretta.

Metodi matematici avevano i loro limiti. I fisici sono abituati a equazioni complesse che non danno risultati accurati, ma per la teoria delle stringhe non è stato possibile scrivere nemmeno equazioni precise. E i risultati approssimativi di equazioni approssimative non hanno fornito risposte. Divenne chiaro che per studiare la teoria era necessaria una nuova matematica, ma nessuno sapeva che tipo di matematica sarebbe stata. L'ardore degli scienziati si è calmato.

Seconda rivoluzione delle superstringhe tuonò nel 1995. Lo stallo venne posto fine dal discorso di Edward Witten alla Conferenza sulla teoria delle stringhe nel sud della California. Witten ha dimostrato che tutte e cinque le teorie sono casi speciali di una teoria più generale delle superstringhe, in cui non esistono dieci dimensioni, ma undici. Witten chiamò la teoria unificante Teoria M, o la Madre di tutte le teorie parola inglese Madre.

Ma qualcos'altro era più importante. La teoria M di Witten descrisse così bene l'effetto della gravità nella teoria delle superstringhe da essere chiamata teoria supersimmetrica della gravità, o teoria supersimmetrica della gravità. teoria della supergravità. Questo ha ispirato gli scienziati e riviste scientifiche pubblicò nuovamente pubblicazioni sulla fisica delle stringhe.

misurazioni dello spazio-tempo in teoria moderna superstringhe

“La teoria delle stringhe è una parte della fisica del ventunesimo secolo finita accidentalmente nel ventesimo secolo. Potrebbero volerci decenni, o addirittura secoli, prima che sia pienamente sviluppato e compreso."

Gli echi di questa rivoluzione si sentono ancora oggi. Ma nonostante tutti gli sforzi degli scienziati, la teoria delle stringhe ha più domande che risposte. La scienza moderna sta cercando di costruire modelli di un universo multidimensionale e studia le dimensioni come membrane dello spazio. Si chiamano brane: ricordate il vuoto con i fili aperti tesi su di loro? Si presume che le stringhe stesse possano risultare bidimensionali o tridimensionali. Parlano anche di una nuova teoria fondamentale a 12 dimensioni: la teoria F, il Padre di tutte le teorie, dalla parola Padre. La storia della teoria delle stringhe è tutt’altro che finita.

La teoria delle stringhe non è stata ancora provata, ma nemmeno smentita.

il problema principale teorie - in assenza di prove dirette. Sì, ne derivano altre teorie, gli scienziati aggiungono 2 e 2 e risulta 4. Ma questo non significa che il quattro sia composto da due. Gli esperimenti al Large Hadron Collider non hanno ancora scoperto la supersimmetria, che confermerebbe la base strutturale unificata dell'universo e farebbe il gioco dei sostenitori della fisica delle stringhe. Ma non ci sono nemmeno smentite. Pertanto, l’elegante matematica della teoria delle stringhe continua ad entusiasmare le menti degli scienziati, promettendo soluzioni a tutti i misteri dell’universo.

Quando si parla di teoria delle stringhe non si può non citare Brian Greene, professore alla Columbia University e instancabile divulgatore della teoria. Green tiene conferenze e appare in televisione. Nel 2000, il suo libro “Elegant Universe. Superstringhe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria definitiva" è stato finalista per il Premio Pulitzer. Nel 2011, ha interpretato se stesso nell'episodio 83 di The Big Bang Theory. Nel 2013 ha visitato Mosca Istituto Politecnico e ha rilasciato un'intervista a Lenta-ru

Se non vuoi diventare un esperto di teoria delle stringhe, ma vuoi capire in che tipo di mondo vivi, ricorda questo cheat sheet:

1. L’universo è costituito da fili di energia – stringhe quantistiche – che vibrano come le corde di uno strumento musicale. Diverse frequenze di vibrazione trasformano le corde in particelle diverse.
2. Le estremità delle corde possono essere libere, oppure possono chiudersi l'una sull'altra formando degli anelli. Le corde si chiudono, si aprono e scambiano costantemente energia con altre corde.
3. Le stringhe quantistiche esistono nell'universo a 11 dimensioni. Le 7 dimensioni extra sono ripiegate in forme di spazio-tempo elusivamente piccole, quindi non le vediamo. Questa operazione è chiamata compattazione delle dimensioni.
4. Se sapessimo esattamente come sono piegate le dimensioni del nostro universo, potremmo essere in grado di viaggiare nel tempo e verso altre stelle. Ma questo non è ancora possibile: ci sono troppe opzioni da percorrere. Ce ne sarebbero abbastanza per tutti gli universi possibili.
5. La teoria delle stringhe può unire tutte le teorie fisiche e rivelarci i segreti dell'universo: ci sono tutti i prerequisiti per questo. Ma non ci sono ancora prove.
6. Altre scoperte derivano logicamente dalla teoria delle stringhe scienza moderna. Sfortunatamente, questo non dimostra nulla.
7. La teoria delle stringhe è sopravvissuta a due rivoluzioni delle superstringhe e a molti anni di oblio. Alcuni scienziati lo considerano fantascienza, altri credono che le nuove tecnologie contribuiranno a dimostrarlo.
8. La cosa più importante: se hai intenzione di parlare ai tuoi amici della teoria delle stringhe, assicurati che non ci sia nessun fisico tra loro: risparmierai tempo e nervi. E assomiglierai a Brian Greene al Politecnico:

• Traduzione

La teoria delle stringhe si basa sull'idea che invece di particelle elementari a dimensione zero, l'universo è costituito da stringhe unidimensionali

La teoria delle stringhe è una delle idee più brillanti, controverse e non dimostrate della fisica. Si basa su una tendenza fisica che esiste da molti secoli: che a un livello fondamentale tutto varie forze, particelle, interazioni e manifestazioni della realtà sono collegate tra loro come parti diverse della stessa piattaforma. Invece di quattro indipendenti interazioni fondamentali– forte, elettromagnetico, debole e gravitazionale – esiste una teoria unificata che li copre tutti.

In molti modi, la teoria delle stringhe è il miglior candidato per questo teoria dei quanti gravità, combinando le interazioni su livelli più alti energie. Sebbene non ci siano prove sperimentali a riguardo, ci sono ragioni teoriche convincenti per credere che sia così. Nel 2015, il principale teorico delle stringhe in vita, Edward Witten, ha scritto un articolo su ciò che ogni fisico dovrebbe sapere sulla teoria delle stringhe. E questo è ciò che significa, anche se non sei un fisico.



La differenza tra le interazioni standard della teoria quantistica dei campi (a sinistra) per particelle puntiformi e le interazioni della teoria delle stringhe (a destra) per stringhe chiuse.

È sorprendente come a volte ci siano molte somiglianze nelle leggi della natura riguardo a fenomeni apparentemente non correlati. Le strutture matematiche di tali fenomeni sono spesso molto simili e talvolta addirittura identiche. L'attrazione di due corpi dotati di massa secondo le leggi di Newton è quasi identica all'attrazione/repulsione di particelle cariche elettricamente. Le oscillazioni di un pendolo sono del tutto analoghe al movimento di una massa su una molla o di un pianeta attorno a una stella. Onde gravitazionali, onde dell'acqua, onde luminose: hanno tutte proprietà notevolmente simili nonostante provengano da fonti fisiche fondamentalmente diverse. E allo stesso modo, anche se molti non se ne rendono conto, anche la teoria quantistica di una particella e l'approccio alla teoria quantistica della gravità sono simili tra loro.

Diagramma di Feynman che rappresenta la diffusione di due elettroni: ciò richiede la somma di tutte le possibili storie di interazioni tra particelle

La teoria quantistica dei campi funziona così: prendiamo una particella ed eseguiamo una “somma matematica di tutte le sue storie”. Non è possibile calcolare semplicemente dov'era una particella, dove si trova adesso e come è arrivata lì, poiché in natura esiste un'incertezza quantistica interna e fondamentale. Invece, sommiamo tutti i modi possibili in cui potrebbe essere arrivato al suo stato attuale (“storia passata”), con i pesi di probabilità appropriati, e quindi calcoliamo lo stato quantistico di una singola particella.

Per lavorare con la gravità anziché con le particelle quantistiche, è necessario modificare alcune cose. Poiché la Teoria della Relatività Generale di Einstein non riguarda le particelle ma la curvatura dello spaziotempo, non faremo la media di tutte le possibili storie di una particella. Invece, calcoliamo la media di tutte le possibili geometrie dello spaziotempo.

La gravità secondo le regole di Einstein e tutto il resto (interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche) secondo le regole della fisica quantistica sono due diversi insiemi di leggi che governano ogni cosa nell'Universo.

Lavorare in tre dimensioni spaziali è molto difficile e quando incontriamo un problema fisico complesso, spesso proviamo prima a risolverne una versione più semplice. Se si scende di una dimensione, tutto diventa più semplice. Le uniche superfici unidimensionali possibili sono una corda aperta, con due estremità separate non collegate tra loro, oppure una corda chiusa, le cui estremità sono collegate e formano un anello. Inoltre, la curvatura dello spazio, molto complessa in tre dimensioni, diventa una questione banale. Quindi se vogliamo aggiungere materia, usiamo un insieme di campi scalari (proprio come per un certo tipo di particella) e una costante cosmologica (che funziona esattamente come il termine massa): un'ottima analogia.

I gradi di libertà aggiuntivi che una particella riceve in più dimensioni non giocano un ruolo speciale; finché possiamo determinare il vettore quantità di moto, questa rimane la misura principale. Pertanto, in una dimensione, la gravità quantistica appare uguale a una particella quantistica libera in qualsiasi numero arbitrario di dimensioni.

Un grafico con vertici in cui convergono tre spigoli è una componente chiave della costruzione di un integrale relativo a un percorso unidimensionale gravità quantistica

Il passo successivo è includere le interazioni e passare da una particella libera senza ampiezze di scattering o sezioni d'urto efficaci a una che può avere ruolo fisico associato all'Universo. Grafici come quello sopra ci permettono di descrivere il concetto fisico di azione nella gravità quantistica. Se annotiamo tutte le possibili combinazioni di grafici simili e le sommiamo – applicando le stesse leggi di sempre, come la legge di conservazione della quantità di moto – possiamo completare l’analogia. La gravità quantistica in una dimensione è molto simile all'interazione di una singola particella in un numero qualsiasi di dimensioni.

La probabilità di trovare una particella quantistica in un luogo particolare non è mai del 100%; la probabilità è distribuita nello spazio e nel tempo.

Il passo successivo è passare da una dimensione spaziale a 3+1 dimensioni: dove l’Universo ha tre dimensioni spaziali e una temporale. Ma questo “miglioramento” teorico della gravità potrebbe essere molto difficile. Un approccio diverso può essere trovato se decidiamo di lavorare nella direzione opposta.

Invece di calcolare il comportamento di una singola particella (un'entità a dimensione zero) in un numero qualsiasi di dimensioni, forse potremmo calcolare il comportamento di una stringa, aperta o chiusa (un'entità unidimensionale). E sulla base di ciò, cerca analogie con altro teoria completa gravità quantistica in un numero più realistico di dimensioni.

I diagrammi di Feynman (sopra) si basano su particelle puntiformi e sulle loro interazioni. Convertendoli in analoghi della teoria delle stringhe (sotto), otteniamo superfici capaci di curvature non banali.

Invece di punti e interazioni, iniziamo immediatamente a lavorare con superfici, membrane e così via. Una volta che abbiamo una superficie multidimensionale reale, possiamo curvarla in modi non banali. Cominciamo a osservare in lei alcuni comportamenti molto interessanti; uno che potrebbe essere alla base della curvatura dello spazio-tempo osservata nell’Universo nel quadro della Relatività Generale.

Ma sebbene la gravità quantistica unidimensionale ci fornisca una teoria quantistica del campo per le particelle in uno spaziotempo possibilmente curvo, essa stessa non descrive la gravità. Cosa manca a questo puzzle? Non esiste corrispondenza tra gli operatori, o funzioni, che rappresentano le interazioni e le proprietà della meccanica quantistica, così come gli stati, cioè il modo in cui le particelle e le loro proprietà cambiano nel tempo. Questa corrispondenza "dichiarazione" era un ingrediente necessario ma mancante.

Ma se passiamo dalle particelle puntiformi alle entità stringa, appare questa corrispondenza.

La deformazione della metrica spazio-temporale può essere rappresentata da una fluttuazione (“p”) e, se applicata all'analogia della stringa, descriverà la fluttuazione dello spazio-tempo e corrisponderà allo stato quantistico della stringa.

Passando dalle particelle alle stringhe appare una vera e propria corrispondenza tra operatori di stato. Una fluttuazione nella metrica dello spaziotempo (cioè nell'operatore) rappresenta automaticamente uno stato nella descrizione quantomeccanica delle proprietà della stringa. Pertanto, è possibile creare una teoria quantistica della gravità nello spazio-tempo basata sulla teoria delle stringhe.

Ma non è tutto: otteniamo anche la gravità quantistica, unificata con altre particelle e interazioni nello spaziotempo, quelle che corrispondono ad altri operatori di stringa nella teoria dei campi. Esiste anche un operatore che descrive le fluttuazioni nella geometria dello spazio-tempo e un altro per gli stati quantistici della stringa. La cosa più interessante della teoria delle stringhe è che può fornirci una teoria quantistica della gravità funzionante.

Brian Greene fa una presentazione sulla teoria delle stringhe

Tutto ciò non significa che la questione sia risolta e che la teoria delle stringhe sia la via verso la gravità quantistica. La grande speranza della teoria delle stringhe è che queste analogie possano valere su tutte le scale e che ci sia una corrispondenza univoca e inequivocabile tra l’immagine delle stringhe del mondo e l’universo che vediamo intorno a noi.

Finora, l’immagine di un mondo con stringhe e superstringhe è coerente solo in pochi insiemi di dimensioni, e la più promettente di esse non ci fornisce la gravità quadridimensionale di Einstein che descrive il nostro Universo. Troviamo invece la teoria della gravità a 10 dimensioni di Brans-Dicke. Per ripristinare la gravità presente nel nostro Universo è necessario “sbarazzarsi” delle sei dimensioni e dirigere la costante di accoppiamento ω verso l'infinito.

Se hai sentito il termine "compattazione" applicato alla teoria delle stringhe, è solo una parola che significa che dobbiamo risolvere questi misteri. Finora molti hanno dato per scontato che esista una soluzione completa e convincente adatta alla compattazione. Ma la questione su come ricavare la gravità di Einstein e le 3+1 dimensioni dalla teoria a 10 dimensioni rimane aperta.

Proiezione bidimensionale di una varietà di Calabi-Yau, uno dei metodi più diffusi per compattare le dimensioni extra e non necessarie della teoria delle stringhe

La teoria delle stringhe offre un percorso verso la gravità quantistica che poche alternative possono eguagliare. Se facciamo inferenze ragionevoli su come funziona la matematica, possiamo ricavarne sia la GR che il Modello Standard. Oggi questa è l’unica idea che ci dà questo: ecco perché la inseguono così disperatamente. Non importa se sei favorevole al successo o al fallimento della teoria delle stringhe, o cosa pensi della mancanza di previsioni verificabili, senza dubbio rimane una delle aree di ricerca più attive nella fisica teorica. In effetti, la teoria delle stringhe spicca come l'idea principale tra i sogni dei fisici di una teoria definitiva.

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Varie versioni della teoria delle stringhe sono oggi considerate le principali contendenti al titolo di teoria comprensiva e universale che spiega la natura di ogni cosa. E questa è una sorta di Santo Graal dei fisici teorici coinvolti nella teoria delle particelle elementari e nella cosmologia. La teoria universale (anche la teoria di tutto ciò che esiste) contiene solo poche equazioni che uniscono l'intero corpo della conoscenza umana sulla natura delle interazioni e sulle proprietà degli elementi fondamentali della materia da cui è costruito l'Universo.

Oggi la teoria delle stringhe è stata combinata con il concetto di supersimmetria, dando vita alla teoria delle superstringhe, e oggi questo è il massimo raggiunto in termini di unificazione della teoria di tutte e quattro le interazioni fondamentali (forze che agiscono in natura). La stessa teoria della supersimmetria è già costruita sulla base di un a priori concetto moderno, secondo il quale qualsiasi interazione remota (di campo) è causata dallo scambio di particelle portatrici di interazione del tipo corrispondente tra particelle interagenti (vedi Modello Standard). Per chiarezza, le particelle interagenti possono essere considerate i “mattoni” dell’universo e le particelle portatrici possono essere considerate cemento.

La teoria delle stringhe è una branca della fisica matematica che studia la dinamica non di particelle puntiformi, come la maggior parte dei rami della fisica, ma di oggetti estesi unidimensionali, cioè oggetti estesi unidimensionali. stringhe
All’interno del modello standard, i quark agiscono come elementi costitutivi e i bosoni di calibro, che questi quark scambiano tra loro, fungono da portatori di interazione. La teoria della supersimmetria va ancora oltre e afferma che i quark e i leptoni stessi non sono fondamentali: sono tutti costituiti da strutture di materia (mattoni) ancora più pesanti e non scoperte sperimentalmente, tenute insieme da un “cemento” ancora più forte di particelle superenergetiche. -portatori di interazioni rispetto ai quark composti da adroni e bosoni.

Naturalmente, dentro condizioni di laboratorio Nessuna delle previsioni della teoria della supersimmetria è stata ancora verificata, tuttavia, gli ipotetici componenti nascosti del mondo materiale hanno già dei nomi - ad esempio, selectron (il partner supersimmetrico dell'elettrone), squark, ecc. L'esistenza di queste particelle , tuttavia, è previsto inequivocabilmente da teorie di questo tipo.

L’immagine dell’Universo offerta da queste teorie, tuttavia, è abbastanza facile da visualizzare. Su una scala di circa 10E–35 m, cioè 20 ordini di grandezza inferiore al diametro dello stesso protone, che comprende tre quark legati, la struttura della materia differisce da quella a cui siamo abituati anche a livello delle particelle elementari . A distanze così piccole (e ad energie di interazione così elevate da essere inimmaginabili) la materia si trasforma in una serie di onde stazionarie di campo, simili a quelle eccitate nelle corde degli strumenti musicali. Come in una corda di chitarra, in una corda del genere, oltre al tono fondamentale, possono essere eccitati molti toni o armonici. Ogni armonica ha il proprio stato energetico. Secondo il principio di relatività (vedi Teoria della Relatività), energia e massa sono equivalenti, il che significa che maggiore è la frequenza dell'onda armonica di vibrazione della corda, maggiore è la sua energia, e maggiore è la massa della particella osservata.

Tuttavia, se è abbastanza semplice visualizzare un'onda stazionaria in una corda di chitarra, le onde stazionarie proposte dalla teoria delle superstringhe sono difficili da visualizzare: il fatto è che le vibrazioni delle superstringhe si verificano in uno spazio che ha 11 dimensioni. Siamo abituati allo spazio quadridimensionale, che contiene tre dimensioni spaziali e una temporale (sinistra-destra, su-giù, avanti-indietro, passato-futuro). Nello spazio delle superstringhe le cose sono molto più complicate (vedi riquadro). I fisici teorici aggirano lo sfuggente problema delle dimensioni spaziali “extra” sostenendo che esse sono “nascoste” (o, linguaggio scientifico per dirla “compattata”) e quindi non si osservano alle energie ordinarie.

Più recentemente, la teoria delle stringhe ha ricevuto una conferma ulteriori sviluppi sotto forma di una teoria delle membrane multidimensionali: essenzialmente si tratta delle stesse corde, ma piatte. Come ha scherzato casualmente uno dei suoi autori, le membrane differiscono dalle corde più o meno nello stesso modo in cui le tagliatelle differiscono dai vermicelli.

Questo, forse, è tutto ciò che si può dire brevemente su una delle teorie che, non senza ragione, oggi pretendono di essere la teoria universale della Grande Unificazione di tutte le interazioni di forza. Ahimè, questa teoria non è esente da peccato. Innanzitutto, a causa della sua insufficienza, non è stato ancora ridotto a una forma matematica rigorosa apparato matematico per portarlo in una rigorosa conformità interna. Sono passati 20 anni da quando è nata questa teoria, e nessuno è riuscito ad armonizzare in modo coerente alcuni suoi aspetti e versioni con altri. Ciò che è ancora più spiacevole è che nessuno dei teorici che propongono la teoria delle stringhe (e soprattutto delle superstringhe) ha ancora proposto un singolo esperimento in cui queste teorie possano essere testate in laboratorio. Ahimè, temo che finché non lo faranno, tutto il loro lavoro rimarrà un bizzarro gioco di fantasia ed esercizi per comprendere la conoscenza esoterica al di fuori della corrente principale delle scienze naturali.

Studio delle proprietà dei buchi neri

Nel 1996, i teorici delle stringhe Andrew Strominger e Kumrun Vafa si basarono sui risultati precedenti di Susskind e Sen per pubblicare “The Microscopic Nature of Bekenstein and Hawking Entropy”. In questo lavoro, Strominger e Vafa sono riusciti a utilizzare la teoria delle stringhe per trovare i componenti microscopici di una certa classe di buchi neri e per calcolare accuratamente i contributi entropici di questi componenti. Il lavoro si basava su un nuovo metodo che andava in parte oltre la teoria delle perturbazioni utilizzata negli anni '80 e all'inizio degli anni '90. Il risultato del lavoro coincise esattamente con le previsioni di Bekenstein e Hawking, fatte più di vent'anni prima.

Strominger e Vafa si opposero ai reali processi di formazione del buco nero con un approccio costruttivo. Hanno cambiato la visione della formazione dei buchi neri, dimostrando che possono essere costruiti assemblando minuziosamente in un unico meccanismo l’esatto insieme di brane scoperte durante la seconda rivoluzione delle superstringhe.

Avere tra le mani tutte le leve di comando della struttura microscopica buco nero, Strominger e Vafa sono riusciti a calcolare il numero di permutazioni dei componenti microscopici di un buco nero in cui le caratteristiche osservabili complessive, come massa e carica, rimangono invariate. Hanno poi confrontato il numero risultante con l’area dell’orizzonte degli eventi del buco nero – l’entropia prevista da Bekenstein e Hawking – e hanno trovato un perfetto accordo. Almeno per la classe dei buchi neri estremi, Strominger e Vafa sono riusciti a trovare un’applicazione della teoria delle stringhe per analizzare componenti microscopici e calcolare con precisione l’entropia corrispondente. Il problema che aveva afflitto i fisici per un quarto di secolo era stato risolto.

Per molti teorici questa scoperta fu un argomento importante e convincente a sostegno della teoria delle stringhe. Lo sviluppo della teoria delle stringhe è ancora troppo rozzo per un confronto diretto e preciso con i risultati sperimentali, ad esempio con le misurazioni della massa di un quark o di un elettrone. La teoria delle stringhe, tuttavia, fornisce la prima giustificazione fondamentale molto tempo fa proprietà pubblica buchi neri, l'impossibilità di spiegare che ha ostacolato la ricerca dei fisici con cui lavorano teorie tradizionali. Anche Sheldon Glashow vincitore del Nobel in fisica e strenuo oppositore della teoria delle stringhe negli anni ’80, ha ammesso in un’intervista del 1997 che “quando i teorici delle stringhe parlano di buchi neri, stanno quasi parlando di fenomeni osservabili, e questo è impressionante”.

Cosmologia delle stringhe

Esistono tre modi principali in cui la teoria delle stringhe modifica il modello cosmologico standard. In primo luogo, nello spirito della ricerca moderna, che chiarisce sempre più la situazione, dalla teoria delle stringhe consegue che l'Universo deve avere una dimensione minima accettabile. Questa conclusione cambia la comprensione della struttura dell'Universo immediatamente al momento del Big Bang, per il quale il modello standard fornisce una dimensione pari a zero dell'Universo. In secondo luogo, il concetto di T-dualità, cioè la dualità dei raggi piccoli e grandi (nella sua stretta connessione con l'esistenza di una dimensione minima) nella teoria delle stringhe è importante anche in cosmologia. In terzo luogo, il numero di dimensioni dello spazio-tempo nella teoria delle stringhe è superiore a quattro, quindi la cosmologia deve descrivere l’evoluzione di tutte queste dimensioni.

Modello Brandenberg e Vafa

Alla fine degli anni '80. Robert Brandenberger e Kumrun Vafa hanno realizzato i primi passi importanti per comprendere quali cambiamenti nelle conseguenze del modello cosmologico standard deriveranno dall’uso della teoria delle stringhe. Sono giunti a due importanti conclusioni. Innanzitutto, tornando al Big Bang, la temperatura continua a salire fino a quando la dimensione dell’Universo in tutte le direzioni diventa uguale alla lunghezza di Planck. A questo punto la temperatura raggiungerà il suo massimo e inizierà a diminuire. A livello intuitivo non è difficile comprendere il motivo di questo fenomeno. Assumiamo per semplicità (seguendo Brandenberger e Vafa) che tutte le dimensioni spaziali dell'Universo siano cicliche. Mentre ci muoviamo indietro nel tempo, il raggio di ciascun cerchio si restringe e la temperatura dell'universo aumenta. Dalla teoria delle stringhe, sappiamo che contrarre i raggi prima fino alla lunghezza di Planck e poi al di sotto di essa è fisicamente equivalente a ridurre i raggi alla lunghezza di Planck, seguito dal loro successivo aumento. Poiché la temperatura diminuisce durante l'espansione dell'Universo, i tentativi falliti di comprimere l'Universo a dimensioni inferiori alla lunghezza di Planck porteranno alla cessazione della crescita della temperatura e alla sua ulteriore diminuzione.

Di conseguenza, Brandenberger e Vafa sono arrivati ​​al seguente quadro cosmologico: in primo luogo, tutte le dimensioni spaziali nella teoria delle stringhe sono strettamente ripiegate fino a una dimensione minima dell'ordine della lunghezza di Planck. Temperatura ed energia sono elevate, ma non infinite: paradossi punto di partenza dimensione zero nella teoria delle stringhe vengono risolte. Nel momento iniziale dell'esistenza dell'Universo, tutte le dimensioni spaziali della teoria delle stringhe sono completamente uguali e completamente simmetriche: sono tutte raggomitolate in un grumo multidimensionale di dimensioni di Planck. Inoltre, secondo Brandenberger e Vafa, l'Universo attraversa il primo stadio di riduzione della simmetria, quando al momento del tempo di Planck tre dimensioni spaziali vengono selezionate per la successiva espansione, e il resto mantiene la dimensione originale di Planck. Queste tre dimensioni vengono poi identificate con le dimensioni dello scenario cosmologico inflazionistico e, attraverso il processo di evoluzione, assumono la forma ora osservata.

Modello Veneziano e Gasperini

Dopo il lavoro di Brandenberger e Vafa, i fisici hanno compiuto continui progressi verso la comprensione della cosmologia delle stringhe. Tra i responsabili di questa ricerca ci sono Gabriele Veneziano e il collega Maurizio Gasperini dell'Università di Torino. Questi scienziati hanno presentato la loro versione della cosmologia delle stringhe, che in alcuni punti è simile allo scenario sopra descritto, ma in altri è fondamentalmente diversa. Come Brandenberger e Vafa, per escludere la temperatura infinita e la densità di energia che si presentano nei modelli standard e inflazionistico, si basarono sull’esistenza di una lunghezza minima nella teoria delle stringhe. Tuttavia, invece di concludere che, a causa di questa proprietà, l'Universo nasce da un grumo di dimensioni di Planck, Gasperini e Veneziano suggerirono che esistesse un universo preistorico sorto molto prima del momento chiamato punto zero, e che diede vita a questo “embrione” cosmico delle dimensioni di Planck.

Lo stato iniziale dell'Universo in questo scenario e nel modello del Big Bang sono molto diversi. Secondo Gasperini e Veneziano l'Universo non era una palla di dimensioni calda e strettamente attorcigliata, ma era freddo e aveva un'estensione infinita. Quindi, come segue dalle equazioni della teoria delle stringhe, l'instabilità invase l'Universo e tutti i suoi punti iniziarono, come nell'era dell'inflazione secondo Guth, a disperdersi rapidamente ai lati.

Gasperini e Veneziano dimostrarono che, a causa di ciò, lo spazio diventava sempre più curvo e di conseguenza si verificava un brusco salto nella temperatura e nella densità di energia. Passò un po' di tempo e la regione tridimensionale di dimensioni millimetriche all'interno di queste distese infinite si trasformò in una macchia calda e densa, identica alla macchia che si forma durante l'espansione inflazionistica secondo Guth. Quindi tutto è andato secondo lo scenario standard della cosmologia del Big Bang e il punto in espansione si è trasformato nell'Universo osservabile.

Poiché l’era pre-Big Bang stava attraversando una fase di espansione inflazionistica, la soluzione di Guth al paradosso dell’orizzonte si inserisce automaticamente in questo scenario cosmologico. Come ha affermato Veneziano (in un’intervista del 1998), “la teoria delle stringhe ci offre una versione della cosmologia inflazionistica su un piatto d’argento”.

Lo studio della cosmologia delle stringhe sta rapidamente diventando un’area di ricerca attiva e produttiva. Ad esempio, lo scenario dell’evoluzione prima del Big Bang è stato oggetto di accesi dibattiti più di una volta, e il suo posto nella futura formulazione cosmologica è tutt’altro che ovvio. Tuttavia, non vi è dubbio che questa formulazione cosmologica sarà saldamente basata sulla comprensione da parte dei fisici dei risultati scoperti durante la seconda rivoluzione delle superstringhe. Ad esempio, le conseguenze cosmologiche dell’esistenza delle membrane multidimensionali non sono ancora chiare. In altre parole, come cambierà l'idea dei primi momenti dell'esistenza dell'Universo a seguito dell'analisi della teoria M completata? Questo problema è oggetto di ricerche approfondite.