Oltre la quarta dimensione

Sappiamo che il nostro Universo è formato da quattro dimensioni, tre spaziali ed una temporale. Tuttavia il tempo è una tipologia di dimensione differente da quelle spaziali. Noi possiamo andare da nord a sud, da destra a sinistra mentre nel caso del tempo abbiamo una sola direzione (freccia del tempo) possibile, ovvero in avanti.

Ciononostante, il tempo è una quarta dimensione; è la quarta dimensione del nostro universo. L’arena in cui si svolgono le nostre vite è lo spaziotempo quadridimensionale, con tre dimensioni spaziali più una dimensione temporale. Quando guardiamo nello spazio stiamo automaticamente guardando indietro nel tempo. Se, ad esempio, osserviamo un quasar a un miliardo di anni luce di distanza, lo vediamo com’era un miliardo di anni fa, quando la luce che ora entra nel nostro telescopio aveva iniziato il suo viaggio.

La percezione del tempo però è diversa in base alla velocità con il quale si muove un osservatore rispetto ad un altro. Se un osservatore si muove ad una velocità prossima alla luce rispetto ad un altro osservatore i due si troveranno in disaccordo riguardo alla simultaneità degli eventi.

La questione delle dimensioni presenti nel nostro universo si complica quando entra in gioco la teoria delle stringhe, o per essere più esatti la teoria del mondo-brana o cosmologia di brana, una teoria cosmologica formulata nell’ambito della M-teoria (la teoria che tenta di riunificare le 5 teorie delle stringhe). La teoria del mondo-brana ipotizza che l’Universo sia una 3-brana tridimensionale immersa in un iperspazio ad 11 dimensioni (le brane sono le cosiddette “membrane” n-dimensionali ipotizzate dalla M-teoria).

Come il nostro universo, secondo questa teoria potrebbero esisterne moltissimi altri tutti immersi nell’iperspazio, termine matematico introdotto nel 1867 da Arthur Caylay con il quale si indica uno spazio avente per dimensioni geometriche un numero superiore alle tre dello spazio fisico. L’iperspazio, utilizzato abbondantemente dalla fantascienza per rendere i viaggi interstellari praticabili, è chiamato anche bulk.

Il bulk esiste realmente o è solo un frutto della nostra immaginazione? Fino agli anni Ottanta, la maggior parte dei fisici riteneva che fosse soltanto una costruzione mentale. Che cosa significa per il bulk essere reale? Come possiamo verificare se lo è? Il bulk è reale se può influenzare le cose che misuriamo; e fino agli anni Ottanta qualunque tipo di misurazione sembrava del tutto impossibile. Poi però, nel 1984, la situazione cambiò radicalmente. Michael Green dell’Università di Londra e John Schwarz del Caltech fecero un enorme passo avanti nella ricerca delle leggi della gravità quantistica. Il loro studio però funzionava solo se il nostro universo era una brana racchiusa in un bulk con una dimensione temporale e nove dimensioni spaziali (ossia, un bulk con sei dimensioni spaziali in più rispetto alla nostra brana). Nel formalismo matematico che Green e Schwarz stavano sviluppando, chiamato teoria delle superstringhe, le dimensioni extra del bulk influenzano la nostra brana in diversi modi importanti, che possono essere misurati in esperimenti fisici una volta che si disponga di una tecnologia sufficientemente avanzata. In modi che, forse, potrebbero rendere possibile una riconciliazione tra le leggi della fisica quantistica e le leggi relativistiche di Einstein.