E se la gravità fosse in realtà una doppia copia di altre forze?

Fino a i fisici hanno potuto determinare, la natura parla due linguaggi reciprocamente incomprensibili: uno per la gravità e uno per tutto il resto. Le curve nel tessuto dello spazio-tempo dicono ai pianeti e alle persone da che parte cadere, mentre tutte le altre forze derivano dalle particelle quantistiche.

Albert Einstein ha parlato per la prima volta della gravità in termini di curve nello spazio-tempo nella sua teoria della relatività generale. La maggior parte dei teorici presume che la gravità ci spinga effettivamente in giro attraverso particelle, chiamate gravitoni, ma i tentativi di riscrivere la teoria di Einstein usando regole quantistiche hanno generalmente prodotto assurdità. La frattura tra le forze è profonda, e una completa unificazione delle due grammatiche sembra remota.

Negli ultimi anni, tuttavia, uno sconcertante strumento di traduzione noto come “doppia copia” si è dimostrato sorprendentemente abile nel trasformare certe entità gravitazionali, come gravitoni e buchi neri, in equivalenti quantistici drammaticamente più semplici.

“C’è uno scisma nella nostra immagine del mondo, e questo sta colmando quel divario”, ha detto Leron Borsten, un fisico presso l’Istituto di Dublino per gli studi avanzati.

Sebbene questa relazione matematica non dimostrata tra gravità e forze quantistiche non abbia una chiara interpretazione fisica, consente ai fisici di eseguire calcoli gravitazionali quasi impossibili e accenni a una base comune alla base di tutte le forze.

John Joseph Carrasco, un fisico della Northwestern University, ha detto che chiunque trascorra del tempo con la doppia copia se ne va credendo “che sia radicato in un modo diverso di intendere la gravità”.

Gravità contro il resto

Da un lato della divisione fisica fondamentale stanno la forza elettromagnetica, la forza debole e la forza forte. Ciascuna di queste forze viene fornita con il proprio vettore di particelle (o vettori) e una certa qualità a cui la particella risponde. L’elettromagnetismo, ad esempio, utilizza i fotoni per spingere attorno a particelle che possiedono carica, mentre la forza forte è trasmessa da gluoni che agiscono su particelle con una proprietà chiamata colore.

I fisici possono descrivere qualsiasi evento che coinvolge queste forze come una sequenza di particelle che si disperdono a vicenda. L’evento potrebbe iniziare con due particelle che si avvicinano e terminare con due particelle che volano via. Ci sono, in linea di principio, infinite interazioni che possono avvenire nel mezzo. Ma i teorici hanno imparato a fare previsioni spaventosamente accurate dando la priorità alle sequenze più semplici e più probabili.

Dall’altra parte del divario c’è la gravità, che si ribella a questo tipo di trattamento.

I gravitoni reagiscono a se stessi, generando looping, equazioni simili a Escher. Inoltre proliferano con una promiscuità che farebbe arrossire un coniglio. Quando i gravitoni si mescolano, un numero qualsiasi di essi può emergere, complicando lo schema di priorità utilizzato per altre forze. Anche solo scrivere le formule per semplici affari gravitazionali è uno slog.

Ma la procedura di doppia copia funge da apparente porta di servizio.

Zvi Bern e Lance Dixon, poi affiancato da Carrasco e Henrik Johansson, ha sviluppato la procedura negli anni 2000, avanzando vecchi lavori in teoria delle stringhe, un candidato alla teoria quantistica della gravità. Nella teoria delle stringhe, gli anelli a forma di O che rappresentano i gravitoni si comportano come coppie di stringhe a forma di S corrispondenti a portatori di altre forze. I ricercatori hanno scoperto che la relazione vale anche per le particelle puntiformi, non solo per le stringhe ipotetiche.

Nella somma di tutte le possibili interazioni che potrebbero verificarsi durante un evento di scattering di particelle, il termine matematico che rappresenta ciascuna interazione si divide in due parti, proprio come il numero 6 si divide in 2 × 3. La prima parte cattura la natura della forza in questione; per la forza forte, questo termine si riferisce alla proprietà chiamata colore. Il secondo termine esprime il movimento delle particelle: la “cinematica”.

Per eseguire la doppia copia, butti via il termine colore e lo sostituisci con una copia del termine cinematica, trasformando 2 × 3 in 3 × 3. Se 6 descrive il risultato di un evento di forza forte, allora la doppia copia ci dice quel 9 corrisponderà a qualche evento gravitonico comparabile.

La doppia copia ha un tallone d’Achille: prima di eseguire la procedura, i teorici devono riscrivere il termine cinematico extra in una forma che assomigli al termine colore. Questa riformattazione è difficile e potrebbe non essere sempre possibile poiché la somma viene raffinata per includere interazioni sempre più contorte. Ma se la cinematica lo richiede, ottenere il risultato della gravità è facile come cambiare 2 × 3 in 3 × 3.