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Nel 2009, il fisico teorico Erik Verlinde ha proposto una riformulazione radicale della gravità. Nella sua teoria, gravità non è un forza fondamentale ma piuttosto una manifestazione di processi nascosti più profondi. Ma nei 15 anni trascorsi da allora, non c’è stato molto sostegno sperimentale all’idea. Allora dove andremo dopo?
L’emergenza è comune in tutta la fisica. La proprietà della temperatura, ad esempio, non è una proprietà intrinseca dei gas. Invece, è il risultato emergente di innumerevoli collisioni microscopiche. Abbiamo gli strumenti per abbinare quelle collisioni microscopiche alla temperatura; esiste infatti un’intera branca della fisica, conosciuta come meccanica statistica, che rende note queste connessioni.
In altri settori, le connessioni tra comportamenti microscopici e proprietà emergenti non sono così chiare. Ad esempio, anche se comprendiamo i semplici meccanismi alla base della superconduttività, non sappiamo come le interazioni microscopiche portino alla nascita di superconduttori ad alta temperatura.
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Su cosa si basa la teoria di Verlinde Stephen Hawking e Jacob Bekenstein osservarono negli anni ’70: Molte proprietà di buchi neri può essere espresso in termini di leggi della termodinamica. Tuttavia, le leggi stesse della termodinamica emergono dai processi microscopici. Per Verlinde, questa era più di una semplice coincidenza e indicava che ciò che percepiamo come gravità potrebbe emergere da qualche processo fisico più profondo.
Nel 2009 ha pubblicato il prima versione della sua teoria. Fondamentalmente, non abbiamo bisogno di sapere quali siano questi processi più profondi, dal momento che disponiamo già degli strumenti – la meccanica statistica – per descrivere le proprietà emergenti. Quindi Verlinde applicò queste tecniche alla gravità e arrivò a una formulazione alternativa della gravità. E poiché la gravità è legata anche ai nostri concetti di movimento, inerzia, spazio e tempo, ciò significa il nostro intero universo emerge anche da quegli stessi processi più profondi.
All’inizio non ne venne fuori molto; la riscrittura di una legge fisica conosciuta, sebbene interessante, non fornisce necessariamente approfondimenti. Ma nel 2016, Verlinde ampliato la sua teoria scoprendo che un universo contenente energia oscura porta naturalmente a una nuova proprietà emergente dello spazio, permettendogli così di spingersi verso l’interno nelle regioni a bassa densità.
Questa scoperta suscitò un’ondata di eccitazione, poiché forniva una spiegazione alternativa materia oscura. Attualmente, gli astronomi credono che la materia oscura sia una sostanza misteriosa e invisibile che costituisce la maggior parte della massa di tutti galassia. Sebbene tale ipotesi sia stata in grado di spiegare una vasta gamma di osservazioni, dalla velocità di rotazione delle stelle all’interno delle galassie all’evoluzione delle strutture più grandi del cosmo, dobbiamo ancora identificare la misteriosa particella.
Nell’immagine di Verlinde della gravità emergente, non appena si entra in regioni a bassa densità – in pratica, qualsiasi cosa al di fuori del sistema solare – la gravità si comporta in modo diverso da quanto ci si aspetterebbe dalla teoria della relatività generale di Einstein. Su larga scala, esiste una naturale attrazione verso lo spazio stesso, che costringe la materia a raggrupparsi più strettamente di quanto farebbe altrimenti.
Questa idea è stata entusiasmante perché ha permesso agli astronomi di trovare un modo per testare questa nuova teoria. Gli osservatori potrebbero prendere questa nuova teoria della gravità e inserirla nei modelli della struttura e dell’evoluzione delle galassie per trovare differenze tra essa e i modelli della materia oscura.
Nel corso degli anni, tuttavia, i risultati sperimentali sono stati contrastanti. Alcuni dei primi test favorivano la gravità emergente rispetto alla materia oscura per quanto riguarda la velocità di rotazione delle stelle. Ma osservazioni più recenti non hanno trovato alcun vantaggio. E la materia oscura può anche spiegare molto di più dei soli tassi di rotazione delle galassie; i test all’interno degli ammassi di galassie hanno scoperto che la gravità emergente non è sufficiente.
Questa non è la fine della gravità emergente. L’idea è ancora nuova e richiede molte ipotesi nei suoi calcoli per farla funzionare. Senza una teoria pienamente realizzata, è difficile dire se le previsioni che fa sul comportamento delle galassie e degli ammassi rappresentino accuratamente ciò che la gravità emergente ci direbbe. E gli astronomi stanno ancora cercando di sviluppare test più rigorosi, come utilizzare i dati del sfondo cosmico a microondeper mettere davvero alla prova la teoria.
La gravità emergente rimane un’idea intrigante. Se fosse corretta, dovremmo rimodellare radicalmente la nostra comprensione del mondo naturale e vedere la gravità e il movimento – e concetti ancora più fondamentali, come il tempo e lo spazio – attraverso una lente che emerge da interazioni più profonde e complicate. Ma per ora, rimane semplicemente un’idea intrigante. Solo il tempo e test osservativi approfonditi ci diranno se siamo sulla strada giusta.
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