La forza d'entropia: una nuova direzione per la gravità

Il Giornale Online
20 Gennaio 2010
di Martijn van Calmthout

Cos'è esattamente la gravità? Tutti ne fanno esperienza, ma chiarire perchè l'universo abbia gravità si è rivelata cosa difficile.
Benchè la gravità sia stata descritta con successo con le leggi di Isaac Newton e più tardi di Albert Einstein, ancora non conosciamo come le proprietà fondamentali dell'universo si combinino per creare il fenomeno.
Ora un fisico teorico sta proponendo una nuova visione della gravità. Erik Verlinde dell'Università di Amsterdam, Olanda, un teorico delle stringhe molto rispettato a livello internazionale, ipotizza che l'attrazione gravitazionale possa essere il risultato del modo in cui l'informazione sugli oggetti materiali è organizzata nello spazio. Se corretto, questo fornirebbe la spiegazione fondamentale che cerchiamo da decenni.

Verlinde ha pubblicato la sua proposta nell'archivio pre-stampa di fisica all'inizio di questo mese e da quel momento molti fisici hanno riconosciuto la proposta come promettente (arxiv.org/abs/1001.0785 http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1001/1001.0785v1.pdf ). Il premio Nobel e fisico teorico Gerard't Hooft della Utrecht University in Olanda sottolinea che l'idea necessita uno sviluppo, ma che è rimasto impressionato dall'approccio di Verlinde. “(A differenza) di molti teorici delle stringhe, Erik sottolinea veri concetti fisici come massa e forza, non solo matematica astratta”, dice. “Questo è incoraggiante dalla mia prospettiva di fisico”.

Newton ha prima mostrato come funzioni la gravità sulla grande scala, trattandola come una forza tra gli oggetti (vedi http://www.newscientist.com/article/mg20527443.800-the-entropy-force-a-new-direction-for-gravity.html?full=true#bx274438B1 ). Einstein ha rifinito le idee di Newton con la sua teoria della relatività generale. Ha mostrato che la gravità veniva meglio descritta dal modo in cui un oggetto curva la fabbrica dell'universo. Veniamo tirati verso la Terra, perchè la massa del pianeta curva lo spazio-tempo circostante.
Questa non è ancora la fine della storia. Benchè Newton ed Einstein abbiano approfondito tale comprensione, le loro leggi sono solo descrizioni matematiche. “Loro spiegano come funziona la gravità, ma non da dove proviene”, dice Verlinde. La fisica teorica ha avuto tempi duri per connettere la gravità con le altre forze fondamentali conosciute nell'universo. Il modello standard, che è stata a lungo la nostra migliore cornice per descrivere il mondo subatomico, include l'elettromagnetismo, la forza nucleare forte e debole, ma non la gravità.

Molti fisici dubitano che avverrà. La gravità può rivelarsi come prodotta dall'azione di particelle ipotetiche chiamate gravitoni, ma ad ora non ci sono prove della loro esistenza. Tale difficoltà con la gravità è stata una delle ragioni principali per cui sono state proposte teorie come quella delle stringhe e quella della gravità quantistica a loop negli ultimi decenni.

Il lavoro di Verlinde offre un'alternativa al problema. “Ora sono convinto che la gravità sia un fenomeno che emerge dalle proprietà fondamentali dello spazio e del tempo”, dice.
Per capire cosa propone Verlinde, considerate il concetto della fluidità nell'acqua. Molecole individuali non hanno fluidità, ma collettivamente la possiedono. In modo simile, la forza della gravità non è qualcosa di radicato nella materia stessa. E' un effetto extra-fisico, che emerge dal gioco tra massa, tempo e spazio, dice Verlinde. La sua idea della gravità come “forza entropica” è basata su questi principi della termodinamica, ma funziona in una descrizione esotica dello spazio-tempo detta olografia.
L'olografia nella fisica teorica segue sostanzialmente gli stessi principi degli ologrammi in una banconota, che sono immagini tridimensionali incorporati in una superficie bidimensionale. Il concetto in fisica è stato sviluppato negli anni '70 da Stephen Hawking all'Università di Cambridge e Jacob Bekenstein alla Hebrew University di Gerusalemme in Israele, per descrivere le proprietà dei buchi neri. Il loro lavoro ha portato all'intuizione che una sfera ipotetica potrebbe conservare tutti i “bit” necessari di informazione sulla massa interna. Negli anni '90, 't Hooft e Leonard Susskind della Stanford University in California, hanno proposto che questa cornice si può applicare all'intero universo. Il loro “principio olografico” si è dimostrato utile in molte teorie fondamentali.

Verlinde usa il principio olografico per considerare cosa avviene ad una piccola massa con una certa distanza da una massa più grande, diciamo una stella o un pianeta. Muovere la massa piccola, mostra, significa cambiare il contenuto di informazione o entropia, di una ipotetica superficie olografica tra le due masse. Questo cambiamento di informazione è legato ad un cambiamento nell'energia del sistema.
Quindi, usando la statistica per considerare tutti i movimenti possibili della massa piccola e i cambiamenti di energia coinvolti, Verlinde trova che i movimenti verso la massa più grande sono termodinamicamente più probabili degli altri. Questo effetto può essere visto come una forza che avvicina le masse. I fisici la chiamano forza entropica, in quanto ha origine nei cambiamenti più probabili nel contenuto di informazione.

Questo ancora non punta direttamente alla gravità. Però collegandosi nelle espressioni basilari per il contenuto di informazione della superficie olografica, il suo contenuto di energia e la relazione tra massa ed energia di Einstein, porta direttamente alla legge di gravità di Newton. Una versione relativistica è solo pochi passi più avanti. Sembra anche applicabile sia a mele che pianeti. “Ritrovare ancora le leggi di Newton potrebbe essere una fortunata coincidenza”, dice Verlinde. “Una generalizzazione relativistica mostra che questo è più profondo che poche equazioni rivelatesi corrette.”
La pubblicazione di Verlinde ha ricevuto elogi da alcuni fisici. Robbert Dijkgraaf, un fisico e matematico prominente sempre dell'Università di Amsterdam, dice di ammirare l'eleganza dei concetti di Verlinde. “E' incredibile che nessuno sia arrivato prima a questo, sembra tanto semplice quanto convincente”, dice.

La giuria è ancora lontana per molti altri. Alcuni credono che Verlinde stia usando un ragionamento circolare nelle sue equazioni “partendo” con la gravità. Altri hanno espresso preoccupazione per la matematica quasi banale coinvolta, lasciando molta della teoria basata su concetti generali di spazio, tempo e informazione.
Stanley Deser della Brandeis University di Waltham, Massachusetts, il cui lavoro ha espanso la portata della relatività generale, dice che il lavoro di Verlinde sembra promettente, ma aggiunge che “è una bomba che necessiterà di lunga digestione, sfidando tutti i nostri dogmi da Newton a Hooke a Einstein”.

Verlinde fa notare che la sua pubblicazione è solo la prima sul soggetto. “Non è nemmeno una teoria ancora, ma una proposta per un nuovo paradigma o cornice”, dice. “Tutto il lavoro duro arriva ora.”

Martijn van Calmthout is science editor at de Volkskrant newspaper in Amsterdam, the Netherlands

Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Fonte: http://www.newscientist.com/article/mg20527443.800-the-entropy-force-a-new-direction-for-gravity.html
Vedi: http://www.incompetente.splinder.com/post/22201692/Aveva+ragione+Zenone%3F+Spin+Net http://incompetente.splinder.com/post/22039904/Principio+Olografico+e+Gravit

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La forza d'entropia: una nuova direzione per la gravità ultima modifica: 2010-03-29T18:22:56+00:00 da Richard
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Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)