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0353. Esiste il vuoto?

Cos’è il “Vuoto”? Ovvero, se il Modello Standard prevede che vi sia materia (quindi particelle) tenute insieme da interazioni (dovute ai mediatori), come viene considerato il supporto che ospita questi processi? O ancora meglio, nella realtà, dove si muovono le onde elettromagnetiche, e più in generale, su quale supporto si distribuiscono i campi energetici che rappresentano la materia e le forze che la governano. E’ giusto o sbagliato dire che il “sostegno” che ospita ogni cosa non ha alcuna caratterizzazione se non quella della “distanza spazio-temporale”? ( Massimo Chiari)


sem_esperto_verde Bella domanda!! E al solito, la risposta è che è in buona parte giusta, ma anche sbagliata!

Bisogna qui fare un poco di storia. Alla fine dell' ottocento si pensava che il "supporto" delle onde elettromagnetiche fosse un mezzo sconosciuto, chiamato "etere" icona_glossario per analogia con il suono che ha bisogno di un "supporto" (es. l'aria). Poi tutta una serie di esperimenti hanno messo in dubbio questa ipotesi. In particolare l'esperimento di Michelson-Morley icona_quantibio tentava di mettere in evidenza il moto della terra rispetto a questo "supporto", pensato come fisico. I risultati di questo e di altri esperimenti analoghi sono stati negativi (ovviamente all' interno della precisione dgli esperimenti stessi). Da queste osservazioni (e da una serie di coraggiose ipotesi teoriche) nasce icona_calendario la teoria della relatività (ristretta) icona_glossario in cui l'unica caratterizzazione di questo supporto è appunto quella di poter definire le distanze "spazio-temporali". E quindi sarebbe giusto dirlo.

In realtà però il "vuoto" icona_glossario che viene definito in questo modo è un concetto completamente classico, e le cose cambiano se si considera che la vera (almeno pensiamo) descrizione della natura è quantistica. E con la meccanica quantistica icona_glossario viene il principio di indeterminazione icona_smile icona_glossario e, associata a questo la possibilità che il numero di particelle non sia una quantità fissata ma variabile. In particolare è possibile dal punto di vista quantistico che una coppia di particelle virtuali icona_glossario , particella-antiparticella (diciamo un elettrone icona_glossario e positrone icona_glossario) si creino dal "vuoto" purché questo avvenga per un tempo abbastanza piccolo, determinato dal principio di indeterminazione, per non violare la legge di conservazione dell'energia (e dell' impulso). E cosi il vuoto ritorna a essere un sistema dinamico, ma non definisce più un sistema di riferimento privilegiato come faceva l'etere prima della relatività ristretta icona_glossario .

Se poi consideriamo la relatività generale icona_glossario le cose diventano ancora più complicate. In questa teoria, che lega la gravitazione alla relatività speciale, le proprietà dello spazio-tempo (ovvero proprio la distanza spazio-temporale) sono determinate dalla distribuzione della materia. E allora le cose si complicano in maniera enorme. Per esempio, dalle misure più accurate in ambito astrofisico e cosmologico, appare che la materia che vediamo è solo una piccola frazione del totale della materia che produce gravitazione , e, ancora peggio tutto questo è solo circa un terzo del contenuto totale di energia dell' universo, la parte restante vien indicata come energia oscura icona_glossario. Il resto appare essere associato a quella che Einstein icona_biografia (del quale si è festeggiato nel 2005, anno mondiale della fisica icona_wy2005 , il centenario dell’annus mirabilis) chiamò "il piu' grande errore della mia vita" icona_esperto[324], cioè la costante cosmologica icona_esperto[188], icona_esperto[191], icona_esperto[212], che quasi letteralmente è energia del vuoto . Questa energia del vuoto potrebbe essere legata ai processi quantistici di cui parlavo prima, ma le cose non tornano quantitativamente, e di moltissimo anche...

E non abbiamo ancora parlato dei problemi legati alla quantizzazione della gravitazione! Questo soprattutto perché non esiste tuttora una teoria soddisfacente della gravità quantistica icona_glossario. Basti però dire che, se dal punto di vista della meccanica quantistica icona_glossario il vuoto appare pullulare di particelle virtuali icona_glossario che appaiono e scompaiono in tempi brevissimi (come 10-23 s vale a dire 0,00000000000000000000001 secondi, - questo tempo si ottiene dividendo un secondo in un miliardo di parti, poi una di queste ancora in un miliardo e poi ancora in centomila parti!), dal punto di vista della gravità quantistica anche gli stessi concetti di spazio e tempo icona_esperto[3] potrebbero scomparire se analizzati su tempi estremamente brevi (come 10-43 s ovvero 0,0000000000000000000000000000000000000000001 secondi - questa volta diviso il secondo in un miliardesimo di parti, suddivideremo ancora questa parte in un miliardo di parti, poi ancora in un miliardo, ancora in un miliardo e ancora in un miliardo!). Lo stesso spazio-tempo apparirebbe su queste scale come una schiuma quantistica spazio-temporale (definizione data da uno dei padri della relatività generale moderna, J. A. Wheeler icona_minibiografia)

Aurelio Grillo – Fisico


 

 

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