Nell'ultimo secolo la fisica si e` trovata di fronte alla grande difficolta` di trovare un legame fra la meccanica quantistica, che descrive il mondo microscopico, e la relativita` generale, che descrive dei fenomeni a grandi scale, come per esempio la dinamica del nostro universo. Il candidato piu` promettente per unificare queste due teorie piu` importanti del secolo scorso in un'unica "teoria di tutto" e` la teoria delle superstringhe, che cerchero` di spiegare in termini piu` semplici possibili. Dopo questa introduzione generale parleremo di alcune conseguenze affascinanti delle stringhe per la fisica dei buchi neri e per la cosmologia.

Questo incontro sulla teoria di superstringa, il candidato unico a teoria del tutto, rappresenta una sfida di comunicazione scientifica non facile, affrontando un campo di ricerca estremamente astratto e tecnico nella sua formulazione matematica e con riferimenti  di verifica sperimentale molto indiretti. Contemporaneamente esso è affascinante e profondo per la conoscenza umana dell’infinitamente piccolo e dell’infinitamente grande, proponendo una descrizione della realtà  molto distante dai nostri concetti intuitivi di base, a cominciare dalle nozioni di spazio e di tempo, per arrivare alla definizione degli elementi costituenti la realtà e l’evoluzione dell’universo. Non a caso è stato usato il termine ‘infinitamente’, dal momento che una teoria del tutto ha la pretesa di indagare ed esprimere in leggi matematiche i due estremi opposti delle scale di spazio e di tempo, non lasciando inesplorate regioni ignote.

In questa estrema distanza dalla dimensione della realtà fenomenica ordinaria risiede anche la difficoltà per tali teorie di applicare il metodo di indagine scientifico classico, quello tradizionale galileiano caratterizzato dal processo ciclico osservazione-teoria-predizione, sia nella dimensione temporale storica che in quella della quotidianità della ricerca. Metodo che invece ha senz'altro accompagnato, e accompagna ancora oggi, gran parte della ricerca nel campo sia delle particelle subatomiche che della cosmologia. Come è stato efficacemente messo in evidenza nel caffescienza del 10 novembre scorso, l’itinerario scientifico di Einstein, Friedmann, Hubble, Lemaitre, Gamow, Penzias&Wilson ha trovato sempre per le teorie che coinvolgeva una possibilità di riscontro nei grandi esperimenti di osservazione astronomica.

In altri termini non è ad oggi applicabile per la teoria delle superstringhe il principio del ‘vedere per credere’, e ci si affida piuttosto alla guida del puro intelletto. Ma questo affidarsi a un ‘principio di coerenza logica’ e alla sola ragione per arrivare alla scoperta di leggi fisiche non è certo cosa inedita nella storia della fisica. La stessa avventura della ricerca cosmologica appena citata ha avuto inizio da una teoria, la relatività generale, che è nata nella mente di Einstein non da necessità sperimentali, di spiegazione di dati problematici e irrisolti, ma piuttosto, in quel caso, da considerazioni epistemologiche e di naturalezza logica, come appare chiaro dall’articolo originale del 1916 in cui Einstein annuncia per la prima volta la sua teoria (1). Inoltre, in altri suoi scritti di molti anni dopo, egli indica esplicitamente come alternativa al metodo ipotesi-verifica anche un principio di 'eleganza', la cui efficacia un po' misteriosa non è escluso, egli dice, possa avere una formulazione piu' rigorosa e meno empirica (diremmo meta-empirica) (2).
 
Anche per le superstringhe persiste tuttavia la necessità scientifica ed il desiderio epistemologico di  confrontarsi con la realtà. Uno spiraglio è dato dagli esperimenti in fase di allestimento al CERN di Ginevra, dove un acceleratore ad anello (LHC) porta in collisione particelle che viaggiano a velocità prossime a quelle della luce, e dove 4 enormi occhi (gli esperimenti ATLAS, CMS, ALICE, LHCB), rivelatori di quanto viene prodotto negli urti, potrebbero forse mettere in evidenza alcune delle particolarità spazio-temporali e di gravità quantistica previste dalle teorie di superstringa.

Una breve spiegazione del prefisso super: esso fa riferimento a una ipotetica simmetria nascosta della natura (la super-simmetria appunto), che si è resa necessaria, sempre per motivi di consistenza, in una prima formulazione delle teorie di stringa (all'inizio sono nate come banali stringhe!) e che costituisce uno strumento importante di modellizzazione anche in altri settori della fisica teorica, in particolare della fisica delle particelle elementari (al di la' del modello standard). Per rimanere nell'ambito di una fisica 'super' non solo teorica ma anche sperimentale, conviene evidenziare che gli esperimenti al CERN potrebbero, tra le tante altre cose, ‘vedere’ questa 'recondita armonia' della natura (per l'importanza delle simmetrie in natura, nel discorso scientifico in generale e nell'arte v. (3-4))

Da quanto detto si intuisce che non è facile dare indicazioni bibliografiche rivolte ai non esperti che non siano tecniche ma che riescano a trasmettere i concetti scientifici fondamentali in gioco. Due di questi tentativi sono i libri recenti, entrambi di grande successo, ‘Un universo elegante’ di B. Green (5) e 'Passaggi curvi, i misteri delle dimensioni nascoste dell'universo' di L. Randall (6). Un testo di carattere tecnico, anche se per 'principianti' della materia, è (7). A un livello intermedio di facilità di lettura si trova (8), dove, in una trattazione mini-enciclopedica della fisica teorica e dei suoi formalismi, viene dato spazio anche alle teorie di stringa.
Chissà che internet, con la sua molteplicità di forme e modalità di comunicazione, possa rappresentare un efficace mezzo per rendere al meglio cosa sta dietro a queste indagini, quali entità di sforzi collettivi, quali idee e prospettive per il futuro. Piu' sotto sono proposti solo alcuni inizi di navigazione. 

(Daniele Balboni)