Come la famosa Alice di Lewis Carroll, che attraversando lo specchio si ritrova all'nterno del paese delle meraviglie, Lawrence Krauss, professore di fisica della Case Western Reserve University, ha iniziato ad esplorare i mondi extra-dimensionali con l'episodio della serie Twilight Zone dal titolo “Little Girl Lost”.

Krauss ha poi continuato ad esplorare il fascino esercitato sia sugli scienziati che sulla gente comune dalla possibilità dell'esistenza di altri mondi, invisibili ad occhio nudo, scrivendo il suo nuovo libro: “Hiding in the Mirror: the Mysterious Allure of Extra Dimensions, from Plato to String Theory and Beyond” (Viking Press). A distanza di 40 anni da quell'episodio televisivo, in cui una giovane ragazza si ritrovava catapultata in un'altra dimensione, Krauss ripercorre la storia delle speculzioni umane riguardo le altre dimensioni, a cominciare dalla famosa allegoria di Platone in cui una persona intrappolata in una caverna è costretta a guardare il mutamento delle ombre sul muro per cercare di interpretare gli eventi reali che si svolgono al di fuori della sua vista diretta.

Speculazioni che attraverso l'arte, la letteratura, la fantascienza, si sono susseguite per tutto il 20imo secolo, fino a culminare nella scienza con l'idea che l'universo sia strutturato su almeno 10 o 11 diverse dimensioni spaziali (iperspazio) secondo la teoria delle stringhe. “Ciò che lega l'uomo di tutte le epoche è la sua immaginazione”, dice Krauss, “il mondo oltre l'esperienza, che risiede nel profondo della nostra psiche, dellaq nostra anima”.

Krauss presenta un resoconto storico della scienza empirica degli ultimi due secoli, a partire dalla scoperta delle leggi dell'elettromagnetismo fino alle rivoluzionarie teorie di Albert Einstein (molte delle quali devono ancora essere dimostrate, ndr) sulla nozione di spazio-tempo che hanno condotto alla teoria della relatività. Continua poi con le scoperte associate alla natura del mondo subatomico, di particelle “esotiche” come i positroni, i muoni, i neutrini e i quarks, che hanno messo in discussione l'apporto e la relazione delle 4 forze fisiche fondamentali (la forza di gravità, l'elettromagnetismo, l'interazione atomica debole e forte). Proprio nel tentativo di riconciliare la forza di gravità con la meccanica quantistica, negli anni Ottanta è nata la teoria delle stringhe, che prevede la possibilità di dimensioni extra.

Secondo la teoria delle stringhe (che ipotizza che la materia sia in realtà la manifestazione di entità fisiche sottostanti, chiamate appunto stringhe), lo spazio in cui viviamo ha molte più dimensioni (spesso 10, 11 o 26), ma che l'universo misurato lungo queste dimensioni aggiuntive ha grandezza subatomica. La recente scoperta (teoretica) che alcune di queste ipotetiche e microscopiche extra-dimensioni possano essere in realtà di grandezza infinita pur rimanendo del tutto “oscure” non fà che rendere il mistero ancora più fitto. Come dice Krauss, “vi è oggi la stessa evidenza che c'era 100 ani fà”, nel senso che siamo rimasti alla teoria.

Ricerche sulle extra-dimensioni vengono condotte al Fermilab di Chicago, il laboratorio con il più grande acceleratore di particelle del mondo. I fisici statunitensi del Fermilab stanno cercando di penetrare nelle extra-dimensioni dell'iperspazio, impossibili da osservare nella vita di tutti i giorni. L'esplorazione dettagliata di questo nuovissimo continente della fisica moderna sarà effettuata in un prossimo futuro da una macchina di magneti e di acciaio lunga 37 chilometri. Si tratta della più potente macchina della fisica concepita dall'uomo, alimentata da tanta energia quanta ne basterebbe a una città come Ginevra: il Large Hadron Collider (LHC) del CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) nei pressi della capitale svizzera sarà presto in grado di verificare la cosiddetta “teoria del tutto” (in grado di spiegare la totalità dei fenomeni fisici) e di studiare lo spazio-tempo a 11 dimensioni.

Qualunque sia il numero delle dimensioni extra dello spazio nelle quali la gravità agisce all'infuori della nostra consapevolezza, il LHC del CERN sarà in grado di osservarle. Questa possibilità fu avanzata per la prima volta in una storia di fantascienza apparsa nel maggio del 1998 nella prestigiosa rivista Physics Today. In questa storia, scritta nell'aprile dello stesso anno dal fisico teorico Gordon L. Kane, si immaginava che, nel 2011, il LHC avrebbe mostrato una serie di risultati sconvolgenti, spiegabili solo con l'esistenza di dimensioni extra dello spazio. Nel breve tempo intercorso tra la scrittura della storia e la sua pubblicazione, la possibilità effettiva che il LHC potesse penetrare in queste dimensioni passò dalla fantascienza alla realtà.

L'idea dell'esistenza di dimensioni extra e di un iperspazio a 5 dimensioni risale agli anni Venti, quando la quinta dimensione fu introdotta da Thodor Kaluza e Oskar Klein per unificare elettromagnetismo e gravità. L'idea fu però dimenticata quando furono scoperte due nuove interazioni fondamentali, l'interazione nucleare debole e l'interazione nucleare forte. Il successivo trionfo delle teorie di unificazione della forza elettromagnetica e della forza debole nella forza elettrodebole e la generalizzazione con l'unificazione della forza nucleare forte (Teorie di Grande Unificazione o GUT) lasciarono però fuori la forza gravitazionale, troppo debole per poter essere confrontabile con le altre forze se non a una scala così piccola da richiedere macchine di dimensioni inconcepibili.

Tuttavia, la teoria delle superstringhe, balzata improvvisamente alla ribalta per una fondamentale scoperta dei fisici teorici Nima Arkani-Hamed (dello SLAC, Stanford Linear Accelerator), Savan Dimopoulos (dell'Università di Stanford) e Georgi Dvali (Centro Internazionale di Fisica Teorica di Trieste), apriva lo spazio all'osservazione dell'iperspazio a energie se non tanto basse come quelle raggiungibili al Fermilab, pur tuttavia abbastanza basse da essere raggiunte dal LHC. In sostanza, già oggi potrebbe essere possibile osservare le dimensioni extra dell'iperspazio grazie a un meccanismo che amplifica le interazioni gravitazionali.

Riferimenti e Istituzioni scientifiche citate nell'articolo:

Case Western Reserve University

Fermi National Accelerator Laboratory

LHC - the Large Hadron Collider