Il super universo in una bolla a 5 dimensioni

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Il super universo in una bolla a 5 dimensioni
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C’è energia oscura nella teoria delle stringhe, dove il cosmo abita in uno spazio ani de sitter 5D. Arriva dalla Svezia, dall’università di Uppsala, un modello che descrive il nostro universo a quattro dimensioni come un’entità che emerge da una costruzione olografica in cinque dimensioni, ai margini d’una bolla in espansione. Fra gli autori dello studio, pubblicato su “Physical Review Letters”, c’è anche l’italiano Giuseppe Dibitetto: Media Inaf lo ha intervistato.

Avete presente l’energia oscura? Secondo il modello cosmologico standard, è una misteriosa forma di energia che costituisce grosso modo il 70 per cento dell’universo, ed è responsabile della sua espansione accelerata. Sui suoi effetti sembrano esserci ormai pochi dubbi: sono stati osservati e misurati in più modi, uno dei quali – lo studio delle supernove di tipo Ia – è già valso un premio Nobel. Ma sulla sua natura è buio fitto. Che cos’è, esattamente? Da dove arriva? Molti modelli la ricollegano alla costante cosmologica – la lettera lambda del modello cosmologico standard, Lambda-Cdm, già presente nelle equazioni di Einstein – e arrivano a rintracciarne l’origine in un fenomeno quantistico come quello dell’energia del vuoto.

Secondo il modello proposto nello studio, l’universo si troverebbe incastonato lungo i margini d’una bolla che si sta espandendo in uno spazio a cinque dimensioni. E tutta la materia esistente nell’universo corrisponderebbe alle estremità di stringhe che si estendono nella dimensione extra. Crediti: Suvendu Giri
Secondo il modello proposto nello studio, l’universo si troverebbe incastonato lungo i margini d’una bolla che si sta espandendo in uno spazio a cinque dimensioni. E tutta la materia esistente nell’universo corrisponderebbe alle estremità di stringhe che si estendono nella dimensione extra. Crediti: Suvendu Giri

Non è, però, l’unica spiegazione possibile. Un articolo pubblicato ieri, giovedì 27 dicembre, su Physical Review Letters, basandosi sulla teoria delle stringhe riconduce l’energia oscura – e più in generale l’intero universo a quattro dimensioni così come lo conosciamo – alla manifestazione, come appare a noi osservatori 4D, di un oggetto dinamico incorporato in uno spazio dimensionale superiore. Uno scenario – allacciate le cinture – che contempla il confinamento quadridimensionale della gravità, si legge nell’abstract dell’articolo, su una brana che media il decadimento da un falso vuoto anti de Sitter 5-dimensionale (AdS5) non supersimmetrico a un vero vuoto. Ci siete ancora? Proviamo a dirlo in modo appena un po’ meno incomprensibile: l’universo si troverebbe incastonato lungo i margini d’una bolla che si sta espandendo in uno spazio a cinque dimensioni. E tutta la materia esistente nell’universo corrisponderebbe alle estremità di stringhe (vedi la rappresentazione artistica qui sopra) che si estendono nella dimensione extra.

Ma che bolla è mai questa? O queste, visto che la teoria prevede che possano essercene più d’una – tante quanti sono gli universi? Media Inaf lo ha chiesto a uno dei cinque ricercatori che hanno firmato l’articolo, il fisico Giuseppe Dibitetto. Trentacinque anni, nato a Milano, laurea alla Statale e dottorato a Groningen (Paesi Bassi), Dibitetto è oggi assistant professor in fisica teorica all’università di Uppsala, in Svezia, dove lavorano anche gli altri quattro autori dello studio. Ed è un esperto di teoria delle stringhe.

La bolla, dicevamo. L’universo si troverebbe sul bordo. E già immaginarsi questo non è una passeggiata. Ma rendiamoci la vita ancor più complicata: all’interno, cosa c’è?

«Dentro la bolla c’è un altro universo a cinque dimensioni, simile a quello che c’era fuori (geometria AdS5), però stabile. Sostanzialmente, l’universo 5D iniziale sviluppa questa instabilità tramite la formazione di una bolla contenente un nuovo universo 5D che si espande e gradualmente “mangia” l’universo iniziale. Lo stato finale di questo processo è l’universo “interno” che ha completamente sostituito l’universo iniziale instabile».

Giuseppe Dibitetto, 35 anni, di Milano, è oggi assistant professor in fisica teorica all’università di Uppsala. Ed è uno degli autori dello studio pubblicato su Physical Review Letters
Giuseppe Dibitetto, 35 anni, di Milano, è oggi assistant professor in fisica teorica all’università di Uppsala. Ed è uno degli autori dello studio pubblicato su Physical Review Letters

La dimensione extra verso la quale, nel vostro modello, si estendono le stringhe sarebbe questa quinta dimensione, dunque? Non erano dieci, le dimensioni, nella teoria delle stringhe?

«La dimensione extra è una quinta dimensione spazio-temporale. Quando nell’ultima parte del lavoro presentiamo questa costruzione in teoria delle stringhe, mostriamo come queste 5 dimensioni “grandi” vengano poi completate con altre 5 microscopiche, “arrotolate” a dare una sfera 5D, per ottenere un totale di 10D – le 10 dimensioni della teoria delle stringhe».

Come cambierebbero le origini e il destino dell’universo, stando al vostro modello? Niente più Big Bang? E il futuro?

«Niente Big Bang, in quanto l’universo in questo modello sarebbe iniziato a grandezza finita al momento della formazione della bolla. Il futuro di un universo siffatto potrebbe essere legato all’occorrere di eventi non-perturbativi, quali la formazione di altre bolle simili alla nostra che entrino in collisione con il nostro universo. Stiamo calcolando la probabilità che avvengano tali processi, e ci prepareremo a presentare una discussione dettagliata di questo in un lavoro futuro».

Veniamo all’energia oscura. Diventerebbe inutile?

«Per quel che riguarda l’energia oscura, direi che il nostro modello la descrive in modo soddisfacente, più che renderla inutile. Infatti, direttamente dalle equazioni di Einstein che descrivono la gravità in 5D, abbiamo derivato l’equazione di Friedman 4D che descrive la cosmologia degli osservatori sulla bolla. Lì compare una costante cosmologica positiva che mima il comportamento dell’energia oscura».

Leggo che il vostro modello potrebbe aprire la strada a metodi di verifica della teoria delle stringhe. In che senso? Con quale tipo di osservazioni, o esperimenti?

«Se si accetta il nostro modello, ci si dovrebbero aspettare delle deviazioni dalla gravità di Einstein a causa delle dimensioni extra. In questo contesto ci si potrebbe immaginare di fare dei test di precisione – quali effetti di gravitational lensing, o le stesse onde gravitazionali – con lo scopo di mappare la struttura delle dimensioni extra».

Ma secondo lei, è tutta e solo matematica, questa vostra teoria, o poggia su una realtà soggiacente?

«La mia speranza è che vi sia di più che solo matematica, in questa costruzione. Infatti nella nostra proposta ci sarebbe un cambiamento radicale di punto di vista riguardo al tema della cosmologia di de Sitter. Tutto ciò che pensiamo di osservare come 4D – energia oscura, materia, radiazione, eccetera) – di fatto emerge da una costruzione “olografica” in 5D».

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