Per la Fisica, che è una scienza sperimentale, ha senso definire solo quelle grandezze che è possibile misurare. Ogni definizione è pertanto ‘operativa’: ciò significa che essa consiste nell’aver stabilito una serie di operazioni con cui è possibile effettuare una misura. In tal modo chiunque può ripetere la misura e verificarne il risultato. E’ pur vero che è possibile costruire nuove teorie fisiche basate su ipotesi e definire nuove grandezze o creare nuovi modelli: ma è sempre necessario indicare la via sperimentale attraverso cui la teoria o il modello può essere verificato e la grandezza misurata. In mancanza di ciò la teoria rimane una pura costruzione mentale. Fatta questa doverosa premessa, va detto che non è affatto vero che il mondo viene spiegato esclusivamente attraverso le grandezze spazio, tempo e materia, come avviene per le leggi della meccanica. La comprensione dei fenomeni elettromagnetici , ad esempio, ha richiesto l’introduzione di nuove grandezze fisiche, come la carica elettrica  , e la loro misura. Analogamente i fenomeni nucleari hanno richiesto l’introduzione di nuove grandezze senza le quali sarebbe stato impossibile descriverli; grandezze che sono state misurate grazie allo sviluppo tecnologico che sempre accompagna quello scientifico.
Non è neppure vero che la Fisica voglia escludere ogni altro tipo di dimensione. Vi fa anzi ricorso per mettere ordine nell’insieme di leggi e di fenomeni mano a mano che se scoprono di nuovi. Fino ad Einstein  si riteneva, correttamente, che leggi della Meccanica non dovessero dipendere dal moto di chi le osservava, purché il moto fosse uniforme. Questa invarianza per trasformazioni da un sistema inerziale ad un altro è nota come “relatività galileiana”. Tuttavia le leggi dell’elettromagnetismo codificate da Maxwell , non erano invarianti per trasformazioni galileiane. Durante il suo “annus mirabilis”, il cui centenario è stato celebrato nel 2005  , Einstein ipotizzò che tutte le leggi fisiche dovessero essere le stesse in ogni sistema inerziale, e che la velocità della luce fosse sempre la stessa, indipendentemente dalla velocità del sistema inerziale in cui la si osserva; e con ciò pose le basi della relatività ristretta. Naturalmente questo comporta una nuova definizione delle variabili spazio e tempo, non più assolute, ma relative all’osservatore che le misura, ed una rappresentazione dei fenomeni fisici in uno spazio non più tridimensionale ma quadridimensionale, di cui il tempo è la quarta dimensione. Se le misure sperimentali della velocità della luce avessero contraddetto l’ipotesi di Einstein, oggi la teoria della relatività ristretta sarebbe tranquillamente dimenticata; come pure lo sarebbe la successiva teoria della relatività generale, se le osservazioni fatte da Eddington durante l’eclisse solare del 1919 non avessero dimostrato che la luce non viaggia in linea retta in prossimità di grandi masse, come quella del sole, ma segue una traiettoria curva.
Per tornare ai giorni nostri, la Fisica sta vivendo un grande momento di riflessione: conosciamo quattro tipi di forza, di cui due (elettromagnetica e nucleare debole) unificate in una unica legge di forza, e ci interroghiamo se sia raggiungibile il sogno di Einstein di unificare tutte e quattro le forze conosciute in una sola legge di forza. Una possibile risposta potrebbe darla il concetto rivoluzionario di “stringa” o meglio di “superstringa” per descrivere le particelle elementari non più come puntiformi, ma come strutture filiformi simili a cordicelle vibranti. Il grande numero di particelle esistenti sarebbe pertanto la manifestazione di queste cordicelle, o meglio dei vari stati di vibrazione di una unica corda. In questa teoria la forza di gravitazione universale si integrerebbe in maniera naturale con le altre. Ma questa teoria prevede l’esistenza di altre dimensioni nascoste, dimensioni che darebbero tra l’altro origine alla grande complessità del mondo delle particelle. Per verificare la validità della “Teoria delle superstringhe” occorre rivelare l’esistenza di queste dimensioni extra, ed esplorarne le proprietà: quante sono? che forma e che dimensioni hanno? come e perché sono nascoste? quali nuove grandezze si associano ad esse? Se gli esperimenti alla macchina LHC  che dal novembre 2009 hanno cominciato a raccogliere dati al CERN di Ginevra, dessero indicazioni positive sull’esistenza di una supersimmetria nel mondo delle particelle, porrebbero anche una prima pietra miliare sulla via che porta a queste dimensioni nascoste.
Franco Romano – Fisico
Nota redazionale SxT
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