granulare - Focus

S
Il vuoto è come
un prisma
e lo spazio vuoto avesse
davvero struttura granulare,
si dovrebbe comportare, per
certi aspetti, come un mezzo
materiale, per esempio per
quel che riguarda la luce.
Atomi. La luce bianca che
entra in un prisma, per
esempio, si scompone nei
colori dell’arcobaleno perché le
diverse frequenze luminose,
cioè i colori, si propagano a
velocità differenti: un fenomeno
che, in ultima analisi, è dovuto
proprio alla struttura granulare
del quarzo.
Lampi gamma. Secondo la
loop quantum gravity, qualcosa
di simile dovrebbe avvenire
anche nel vuoto. Non riguarderebbe,
però, la luce, ma i più
energetici raggi gamma. Per
dimostrarlo, si possono
studiare le lontane e violente
esplosioni dette lampi gamma:
se la teoria fosse corretta, certi
tipi di raggi gamma raggiungerebbero
i nostri strumenti un
po’ prima di altri, mentre
secondo Einstein dovrebbero
viaggiare tutti alla stessa
velocità (quella della luce).
Dispersione
della luce: la
luce bianca
entra nel
prisma e si
scompone
nei colori
dell’iride.
Dic ’97 Feb ’98
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Lampo gamma 971214... si
“scompongono” anche loro?
due teorie è la sfida più ambiziosa
della fisica contemporanea.
«Il problema è che sono teorie
tra loro incompatibili» spiega
Amelino-Camelia. «Si possono paragonare
a due tessere di un puzzle
che non combaciano». Ma gli sforzi
dei teorici sono giustificati, perché
l’obiettivo è quello di ottenere
un’unica teoria che riesca a spiegare
“tutto”, cioè il mondo micro-
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scopico e l’universo intero, compresi
gli esseri viventi.
● Perché si chiama così?
Tra le candidate al titolo di “teoria
del tutto”, la più accreditata è,
oggi, la teoria delle stringhe (v. Focus
n° 110) ma la sua concorrente
principale è proprio la loop quantum
gravity. Quest’ultima si chiama
“quantum gravity” perché de-
Fase 2. Non solo il volume, anche l’area è “granulare”
utte le superfici (1) si
Tpossono suddividere
in tasselli fondamentali
(“quanti” di area). Le
aree dei tasselli non
06/2004
Raggi
ritardatari
Disegno del
satellite Glast,
che sarà
lanciato nel
2006 e potrà
stabilire se
ci sono raggi
gamma più
lenti di altri.
Sfida a Einstein: e se la
velocità della luce non fosse
una costante assoluta?
possono assumere tutti
i valori, ma solo quantità
ben precise (2).
■ Area minima
In particolare, non è
possibile misurare aree
più piccole di un certo
valore minimo (3). A
ogni quanto di area si
può associare un seg-
Quanto di area
indivisibile
1 Area composta da più “quanti” 2 3
mento che l’attraversa.
In generale, l’area di
una superficie è proporzionale
al numero di linee
che la attraversano.
Area non consentita
Fondamento
teorico
Lee Smolin,
fisico teorico
e tra i fondatori
della teoria
della “loop
quantum gravity”.
scrive la gravità in maniera quantistica,
cioè granulare. La parola
inglese loop, che significa “anello”,
la distingue da altre teorie simili
e deriva dal particolare linguaggio
matematico che si usa: gli
anelli sono le maglie delle reti di
spin che, come abbiamo scritto in
precedenza, costituiscono l’ossatura
dello spazio-tempo (v. anche
riquadro “Fase 3”). Queste reti, tra
l’altro, sono un’invenzione del matematico
Roger Penrose, che le
concepì nel 1971 per tutt’altri scopi.
● Sfida a Einstein
Gli atomi di spazio-tempo, però,
sono così minuti che è impensabile
misurarli direttamente. Proprio
per questo, fino a pochi anni fa, si
pensava che fosse impossibile sottoporre
questa teoria al vaglio degli
esperimenti. «Alla fine degli anni
’90, però, ci si è accorti che la
granulosità dello spazio-tempo potrebbe
avere effetti misurabili» afferma
Amelino-Camelia, che è stato
tra i pionieri di questi studi. «La
granulosità dello spazio può far sì
che la velocità dei fotoni (i quanti
di luce) nel vuoto dipenda dalla
loro frequenza, anche se di pochissimo».
Strano? Sì, perché la relatività
di Einstein si basa sul fatto
che la velocità della luce nel vuoto
è una costante assoluta.
● Sorgenti lontane
La relatività, però, considera il
concetto classico di vuoto, mentre
è proprio la granulosità a far sì che
la velocità della luce dipenda dalla
frequenza (come avviene in un prisma:
v. riquadro in alto a sinistra).
Questo fenomeno, tuttavia, sarebbe
talmente ridotto che si potrebbe
notare soltanto nei raggi gamma,
radiazioni molto più energetiche
della luce, anche se della stessa
natura.
«In natura esistono sorgenti lontanissime
di raggi gamma» spiega
Amelino-Camelia. «Se la teoria è
corretta, allora dovremmo aspettarci
che raggi gamma di frequenza
diversa, che partono nello stesso
istante, ci raggiungano in tempi
diversi». I raggi più energetici, per
esempio, se fossero più veloci, arriverebbero
un po’ prima di quelli
meno energetici. «Il satellite Glast
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