Quando qualcuno menziona “dimensioni diverse”, tendiamo a pensare a cose come universi paralleli – realtà alternative che esistono parallele alla nostra, ma dove le cose funzionano o accadono in modo diverso. Tuttavia, la realtà delle dimensioni e il modo in cui svolgono un ruolo nell’ordinamento del nostro Universo è davvero molto diversa da questa caratterizzazione popolare.
Per scomporla, le dimensioni sono semplicemente le diverse sfaccettature di ciò che percepiamo come realtà. Siamo immediatamente consapevoli delle tre dimensioni che ci circondano quotidianamente – quelle che definiscono la lunghezza, la larghezza e la profondità di tutti gli oggetti nei nostri universi (rispettivamente gli assi x, y e z).
Al di là di queste tre dimensioni visibili, gli scienziati ritengono che ce ne possano essere molte di più. In effetti, il quadro teorico della Teoria delle Superstringhe postula che l’universo esiste in dieci diverse dimensioni. Questi diversi aspetti sono ciò che governa l’universo, le forze fondamentali della natura e tutte le particelle elementari contenute all’interno.
La prima dimensione, come già notato, è quella che gli conferisce lunghezza (aka. l’asse x). Una buona descrizione di un oggetto unidimensionale è una linea retta, che esiste solo in termini di lunghezza e non ha altre qualità distinguibili. Aggiungi ad esso una seconda dimensione, l’asse y (o altezza), e ottieni un oggetto che diventa una forma a 2 dimensioni (come un quadrato).
La terza dimensione coinvolge la profondità (l’asse z) e dà a tutti gli oggetti un senso di area e una sezione trasversale. L’esempio perfetto di questo è un cubo, che esiste in tre dimensioni e ha una lunghezza, larghezza, profondità e quindi volume. Al di là di queste tre si trovano le sette dimensioni che non ci sono immediatamente evidenti, ma che possono essere ancora percepite come aventi un effetto diretto sull’universo e sulla realtà come la conosciamo.
Gli scienziati ritengono che la quarta dimensione sia il tempo, che governa le proprietà di tutta la materia conosciuta in un dato punto. Insieme alle altre tre dimensioni, conoscere la posizione di un oggetto nel tempo è essenziale per tracciare la sua posizione nell’universo. Le altre dimensioni sono dove le possibilità più profonde entrano in gioco, e spiegando la loro interazione con gli altri è dove le cose diventano particolarmente difficili per i fisici.
Secondo la Teoria delle Superstringhe, la quinta e la sesta dimensione sono dove sorge la nozione di mondi possibili. Se potessimo vedere fino alla quinta dimensione, vedremmo un mondo leggermente diverso dal nostro che ci darebbe un mezzo per misurare la somiglianza e le differenze tra il nostro mondo e altri possibili.
Nel sesto, vedremmo un piano di mondi possibili, dove potremmo confrontare e posizionare tutti gli universi possibili che iniziano con le stesse condizioni iniziali di questo (cioè il Big Bang). In teoria, se si potesse padroneggiare la quinta e la sesta dimensione, si potrebbe viaggiare indietro nel tempo o andare a futuri diversi.
Nella settima dimensione, si ha accesso ai mondi possibili che iniziano con diverse condizioni iniziali. Mentre nel quinto e nel sesto, le condizioni iniziali erano le stesse e le azioni successive erano diverse, qui tutto è diverso dall’inizio del tempo. L’ottava dimensione ci dà di nuovo un piano di tali possibili storie dell’universo, ognuna delle quali inizia con diverse condizioni iniziali e si dirama infinitamente (da qui il motivo per cui sono chiamate infinità).
Nella nona dimensione, possiamo confrontare tutte le possibili storie dell’universo, iniziando con tutte le diverse possibili leggi della fisica e condizioni iniziali. Nella decima e ultima dimensione, arriviamo al punto in cui tutto il possibile e l’immaginabile è coperto. Al di là di questo, nulla può essere immaginato da noi umili mortali, il che lo rende il limite naturale di ciò che possiamo concepire in termini di dimensioni.
L’esistenza di queste sei dimensioni aggiuntive che non possiamo percepire è necessaria per la Teoria delle Stringhe affinché siano coerenti in natura. Il fatto che possiamo percepire solo quattro dimensioni dello spazio può essere spiegato da uno dei due meccanismi: o le dimensioni extra sono compattate su una scala molto piccola, oppure il nostro mondo può vivere su un sottomanifold 3-dimensionale corrispondente a una brana, su cui tutte le particelle conosciute oltre alla gravità sarebbero limitate (aka. teoria di brane).
Se le dimensioni extra sono compattate, le sei dimensioni extra devono essere sotto forma di collettore Calabi–Yau (mostrato sopra). Anche se impercettibili per quanto riguarda i nostri sensi, avrebbero governato la formazione dell’universo fin dall’inizio. Da qui il motivo per cui gli scienziati credono che scrutando indietro nel tempo, usando i telescopi per individuare la luce dell’universo primordiale (cioè miliardi di anni fa), potrebbero essere in grado di vedere come l’esistenza di queste dimensioni aggiuntive potrebbe aver influenzato l’evoluzione del cosmo.
Proprio come altri candidati per una grande teoria unificante – aka the Theory of Everything (TOE) – la convinzione che l’universo sia composto da dieci dimensioni (o più, a seconda del modello di teoria delle stringhe che usi) è un tentativo di conciliare il modello standard della fisica delle particelle con l’esistenza della gravità. In breve, è un tentativo di spiegare come tutte le forze conosciute all’interno del nostro universo interagiscono e come altri universi possibili potrebbero funzionare.
Per ulteriori informazioni, ecco un articolo su Universe Today sugli universi paralleli, e un altro su un universo parallelo gli scienziati pensavano di aver scoperto che in realtà non esiste.
Ci sono anche alcune altre grandi risorse online. C’è un grande video che spiega le dieci dimensioni in dettaglio. Si può anche guardare il sito web PBS per lo show televisivo Elegant universe. Ha una grande pagina sulle dieci dimensioni.
È anche possibile ascoltare Astronomia Cast. Si potrebbe trovare episodio 137 La struttura su larga scala dell’universo piuttosto interessante.