Fisici Ipotizzano 'Quasicristalli Spazio-Temporali' che Potrebbero Fondare l'Universo

Stati Uniti - Agenzia stampa Ekhbary

Fisici Ipotizzano 'Quasicristalli Spazio-Temporali' che Potrebbero Fondare l'Universo

In un profondo balzo teorico, i fisici stanno esplorando la possibilità che il tessuto stesso del nostro universo possa essere strutturato come 'quasicristalli spazio-temporali'. Questi non sono i cristalli comuni; possiedono un ordine intrinseco ma mancano dei pattern ripetitivi trovati nei solidi cristallini convenzionali. Mentre i quasicristalli sono stati osservati nei materiali e persino nei meteoriti, l'idea che possano esistere all'interno delle dimensioni intrecciate di spazio e tempo, come descritto dalla teoria della relatività di Einstein, rappresenta una radicale espansione dei concetti fisici.

I cristalli convenzionali sono caratterizzati da un reticolo atomico altamente ordinato e ripetitivo. Si potrebbe immaginare che, se si spostasse un cristallo di una certa quantità, il suo pattern si allineerebbe perfettamente con se stesso. Questa prevedibilità è fondamentale per le loro proprietà. I quasicristalli, d'altra parte, sfidano questa semplice ripetizione. Esibiscono un ordine a lungo raggio, il che significa che la loro struttura generale è prevedibile e organizzata, ma la disposizione specifica dei loro atomi o unità non si ripete in modo semplice e periodico. Questa caratteristica unica ha portato alla loro scoperta in contesti diversi, dai frammenti di meteoriti ai materiali prodotti dalle esplosioni nucleari.

L'ultimo lavoro teorico, sottomesso a arXiv.org, postula che queste strutture strabilianti possano teoricamente esistere non solo in tre dimensioni spaziali, ma nello spazio-tempo stesso – il continuum quadridimensionale che fonde spazio e tempo. Invece di essere confinati a disposizioni spaziali, questi 'quasicristalli spazio-temporali' coinvolgerebbero intrinsecamente sia dimensioni spaziali che temporali, creando una struttura dinamica, ordinata ma non ripetitiva all'interno del quadro fondamentale dell'universo.

Il fisico teorico Felix Flicker dell'Università di Bristol in Inghilterra, che non è stato direttamente coinvolto nello studio ma ha familiarità con la ricerca, ha commentato l'importanza dei risultati. "La mia sensazione era che probabilmente non sarebbe stato possibile creare un vero quasicristallo spazio-temporale", ha ammesso Flicker. Tuttavia, ha riconosciuto il successo dei ricercatori, descrivendo il loro lavoro come la proposta de "le cose più eleganti che si possano avere nello spazio-tempo come entità combinata".

Un aspetto cruciale di questi quasicristalli spazio-temporali teorici è la loro aderenza alla simmetria di Lorentz. Questo principio fondamentale della relatività speciale afferma che le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori, indipendentemente dal loro stato di moto, in particolare a velocità prossime a quella della luce. I cristalli standard e i quasicristalli precedentemente noti non possiedono intrinsecamente questa simmetria; un osservatore che si muove ad alta velocità percepirebbe la loro struttura in modo diverso a causa di effetti relativistici come la contrazione delle lunghezze. Tuttavia, i quasicristalli spazio-temporali proposti sono formulati per rimanere invarianti sotto le trasformazioni di Lorentz, il che significa che la loro struttura ordinata apparirebbe uguale a un osservatore stazionario come a uno che viaggia a velocità prossime alla luce.

La costruzione matematica di questi quasicristalli spazio-temporali comporta una tecnica sofisticata. I ricercatori li hanno derivati prendendo una fetta quadridimensionale attraverso una griglia di punti di dimensione superiore e proiettando poi questi punti sulla fetta. L'elemento critico è che questa fetta ha una pendenza irrazionale – una pendenza che non può essere espressa come una semplice frazione di due numeri interi, simile a pi greco. Questa pendenza irrazionale garantisce che la fetta non si allinei mai direttamente con i punti della griglia, generando così la caratteristica struttura non ripetitiva ma ordinata.

Sotiris Mygdalas dell'Istituto Perimeter di Waterloo, Canada, coautore dello studio, suggerisce che questo quadro teorico potrebbe essere più di una semplice curiosità matematica. "Lo spazio-tempo in cui viviamo potrebbe essere un quasicristallo", ha affermato Mygdalas, alludendo alle profonde implicazioni per la cosmologia e la fisica fondamentale.

Il concetto di quasicristalli spazio-temporali potrebbe offrire spunti significativi per le teorie della gravità quantistica. Queste teorie cercano di riconciliare la relatività generale con la meccanica quantistica, proponendo spesso che lo spazio-tempo stesso sia granulare o discreto a scale estremamente piccole. La natura ordinata e non ripetitiva dei quasicristalli potrebbe fornire un modello matematico di come lo spazio-tempo potrebbe essere strutturato a questi livelli fondamentali, pur rispettando la simmetria di Lorentz, una pietra angolare della fisica moderna.

Inoltre, la ricerca tocca le implicazioni per la teoria delle stringhe, che postula l'esistenza di dimensioni spaziali aggiuntive oltre alle tre che percepiamo. Mentre la teoria delle stringhe spesso spiega queste dimensioni come arrotolate troppo piccole per essere rilevate, il modello dei quasicristalli spazio-temporali offre un'alternativa: tutte e dieci le dimensioni potrebbero essere arrotolate in modo tale da generare lo spazio-tempo continuo e apparentemente infinito che sperimentiamo, attraverso il meccanismo di prendere una fetta a pendenza irrazionale attraverso uno spazio di dimensione superiore.

I ricercatori stessi descrivono le loro scoperte come "ammessemente mezzo cotte" ('admittedly half-baked'), riconoscendo che sono necessari ulteriori sviluppi teorici e prove empiriche per convalidare queste idee. Tuttavia, il fascino intellettuale è innegabile. Il fisico teorico Gregory Moore della Rutgers University, che non ha partecipato allo studio, ha elogiato il lavoro, definendolo "matematica bellissima", pur riconoscendo che "la fisica è molto altamente speculativa". Tuttavia, sono queste esplorazioni, per quanto speculative, che rappresentano l'avanguardia della fisica teorica, spingendo i confini della nostra comprensione e potenzialmente rivelando verità più profonde sulla struttura sottostante dell'universo.

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