String theory and the hidden structures of the universe - Clifford Johnson

La teoria delle stringhe e la struttura nascosta dell'universo - Clifford Johnson

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Traduttore: Patrizia C Romeo Tomasini Revisore: Elena Montrasio

So I work on trying to understand

Il mio lavoro è cercare di capire

how the universe works at the very basic level,

come funziona l'universo a livello elementare,

the most basic level we can find.

il più elementare possibile.

So, when you try in your everyday life

Quando nella vita di ogni giorno

to try and work out how something works,

cerchiamo di capire come funzioni qualcosa,

what you're actually doing is you're looking for

quello che in realtà facciamo è ricercare

what I call hidden structures.

quelle che definisco strutture nascoste.

For example, you take something like your cell phone,

Prendiamo, ad esempio, qualcosa come il vostro telefonino,

your smart phone,

il vostro smart phone;

it's a complicated object,

è un oggetto complesso

and you might wonder how it works.

e potreste chiedervi come funziona.

Well, what you can do is go in

Quello che potete fare

and actually take it apart.

è cominciare letteralmente a smontarlo.

You'll void the warranty, but that's OK.

Certo, annullerete la garanzia, ma va bene così.

And you'll go in and what you'll find

Scoprirete che all'interno

is that it's made of tiny little electronic components.

è fatto di minuscole componenti elettroniche.

And those electronic components are actually moving around

E quelle componenti elettroniche in realtà si muovono

a certain kind of particle that we know

attorno a un certo tipo di particella che conosciamo

that's called the electron,

e che si chiama elettrone,

and that's where the name "electronics" comes from.

da cui proviene, appunto, il sostantivo "elettronica".

So if you know the actual rules

Quindi, conoscendo le regole

of how to put those things together,

per assemblare le componenti,

you can actually make your smart phone

potreste addirittura creare il vostro smart phone

or you could make various other electronic devices as well.

e anche altri dispositivi elettronici.

So, there are people like myself

Ci sono persone che, come me,

who, actually for a living, try and do this sort of thing

fanno questo tipo di cose per mestiere,

not just for, say, a cell phone or its components,

non solo per il telefonino e le sue componenti,

but asking what, say, your hand is made of,

ma anche per altre cose, come una mano

or the chair you're sitting in,

o la sedia sulla quale siamo seduti,

or the planet Earth,

o ancora come il pianeta Terra,

the sun,

il sole,

the stars,

the entire universe.

le stelle,

l'universo intero.

And so, using various kinds of instruments

Quindi, usando diversi tipi di strumenti,

and observations

facendo osservazioni

and experiments,

ed esperimenti,

we've been able to probe deeper and deeper over the years,

nel corso degli anni siamo stati in grado di fare indagini sempre più approfondite

and we now know that the matter that we're made of

e oggi sappiamo che la materia di cui siamo fatti

and that we see around us

e che vediamo intorno a noi

is actually made of tiny little elementary particles.

è composta di minuscole particelle elementari.

And elementary particles interact with each other

Le particelle elementari interagiscono reciprocamente

via the forces of nature,

tramite le forze della natura,

but we've also discovered

ma, come abbiamo scoperto,

that those forces of nature themselves actually operate

queste stesse forze, in realtà, agiscono

by exchanging elementary particles as well.

scambiandosi anch'esse particelle elementari.

They're actually particles of force that are exchanged

Si tratta, in effetti, di particelle di forza che vengono scambiate

by the particles of matter.

dalle particelle di materia.

And you may have heard this year

È possibile che quest'anno abbiate sentito parlare

that there was big news,

di una grande novità,

a major announcement in this story,

un annuncio importante a questo riguardo,

the Large Hadron Collider, the LHC,

il Grande Collisore di Adroni, l' LHC,

a huge experiment in Europe,

un esperimento enorme, fatto in Europa,

has actually uncovered a Higgs boson,

che ha scoperto il bosone di Higgs,

and that particle's job is to interact

una particella la cui funzione è quella di interagire

with the various elementary particles

con diverse particelle elementari

and give them the masses that we observe.

conferendo loro le masse che osserviamo.

So, this exciting picture is analogous

Questo emozionante quadro è analogo

to the one I showed you for the cell phone.

a quello che vi ho mostrato per il telefono cellulare.

We have the components

Abbiamo, dunque, le componenti

and we have the rules of particle theory,

e abbiamo le regole della "teoria delle particelle",

as it's called,

è così che si chiama,

by which these all operate

in virtù delle quali le particelle agiscono

and give rise to the various things.

e danno origine a tutte le cose.

Now, we actually think that we've only just

In realtà, pensiamo di essere appena riusciti

scratched the surface of finding this quantum world,

a scalfire la superficie del mondo quantistico,

the hidden structure of our world.

della struttura nascosta del nostro mondo.

Let me give you three examples

Lasciate che vi faccia tre esempi

of the puzzles we're still working on.

degli enigmi sui quali stiamo ancora lavorando.

So, what I did is I gathered the particles up

Io non ho fatto altro che raccogliere le particelle

into the patterns that they tend to form,

a seconda dei modelli che tendono a formare,

but we don't know where those patterns come from.

ma da dove vengano quei modelli, non lo sappiamo.

We know how to describe the particles,

Sappiamo come descrivere le particelle,

but we don't know where the patterns come from.

ma non sappiamo da dove derivino i modelli.

When you see patterns in science,

Quando nella scienza si individuano dei modelli,

you look for a hidden structure,

si va alla ricerca di una struttura nascosta,

so that's one of the things.

e questo è un fatto.

Also, we now know that there's a huge amount

Sappiamo inoltre che c'è un'enorme quantità

more matter out there

di materia là fuori,

than just the things that I was just talking about.

più grande di tutte le cose di cui si parlava poco fa.

That stuff is called dark matter.

Questa cosa si chiama materia oscura.

We don't know what it is,

Non sappiamo cosa sia,

and we'd like to be able to get it

ma vorremmo poterla prendere

and experiment with it and figure out what it is.

e farci degli esperimenti per capire di cosa si tratta.

And then, the other thing I'd like to talk about

L'altra cosa di cui voglio parlare

is the fact that the force of gravity,

è il fatto che la forza di gravità,

perhaps the most familiar force we know,

il tipo di forza che forse conosciamo meglio,

when you get down to the quantum level,

al livello dei quanti,

it actually doesn't operate

in realtà non rispetta

according to those rules of particle theory.

le regole della teoria delle particelle.

So, given that gravity is actually about the shape

Quindi, dato che la gravità fa parte della forma

of space and time as Einstein taught us,

dello spazio e del tempo, come Einstein ci ha insegnato,

we, in working out what the quantum story of gravity is,

definendo la storia quantistica della gravità,

which we call quantum gravity,

che chiamiamo gravità quantistica,

we hope to get to groups of questions like,

speriamo di arrivare a gruppi di domande come:

are there particles of space and time itself

Esistono particelle di spazio e di tempo

and how do they fit together?

e in che modo sono compatibili?

What are the rules?

Quali sono le regole?

So, this leads us to things

Questo ci porta

like studying where it all began,

a indagare su come tutto sia cominciato

13.7 billion years ago,

13,7 miliardi di anni fa,

the Big Bang.

con il Big Bang.

We know matter and energy

Sappiamo che la materia e l'energia

as we understand it was created,

come noi le conosciamo furono create allora,

but also, space and time itself.

ma lo stesso accadde anche per spazio e tempo.

So those are the sorts of things

Questo è il genere di cose

we study in this quest.

che studiamo in questa ricerca.

Also, we have things that are around us today,

Inoltre, ci sono cose intorno a noi oggi,

such as black holes,

come i buchi neri,

which are very important clues.

che sono indizi molto importanti.

They're actually holes in space

Si tratta di veri e propri buchi nello spazio

that we'd like to understand.

che vorremmo cercare di comprendere.

Also, the newly discovered dark energy,

C'è poi l'energia oscura, scoperta di recente,

which is the tendency of space

che è la tendenza dello spazio

all through the universe to accelerate its expansion.

presente in tutto l'universo ad accelerare la propria espansione.

So scientists are working on these kinds of things,

Gli scienziati che lavorano su queste cose,

trying to understand what we think is now the case

stanno cercando di capire se sia vero

that there's not just hidden structures

che non ci sono strutture nascoste

of matter and energy,

solo per materia ed energia,

but also space and time.

ma anche per spazio e tempo

So the question is, what are the rules?

La domanda è quali sono le regole?

And there are many approaches to this,

E gli approcci sono molteplici.

and one of them is one you may have heard of,

Uno degli approcci possibili, di cui forse avrete sentito parlare,

called string theory.

è quello della teoria delle stringhe.

And so it is one of many approaches

Solo uno dei tanti

and we don't know if it's right yet,

e ancora non si sa se sia valido o meno,

we're not finished developing the theory,

non abbiamo ancora finito di sviluppare la teoria

but it's given us some really exciting, tantalizing hints.

ma ci ha dato degli spunti davvero allettanti ed entusiasmanti

I'd like to tell you about a few of them.

dei quali vorrei parlarvi.

So, one of them is simply that you take away

Uno di questi consiste semplicemente nell'eliminare

the idea of looking for a tiny quantum particle,

l'idea di ricercare una minuscola particella quantistica

you look instead for an extended object,

cercando invece un oggetto esteso,

a string, which can vibrate.

una corda capace di vibrare.

And it actually gives you some exciting opportunities

Questo ci fornisce alcune interessanti opportunità

because, for example, it would say

perché, per esempio, vorrebbe dire

if we've missed that hidden structure

che se quella struttura nascosta ci è sfuggita

by not looking closely enough,

a causa di un'osservazione non troppo accurata,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

non ci saremmo accorti che molti tipi di particelle diverse

are just different vibrations of the same string,

non sono altro che diverse vibrazioni della stessa corda.

which is a really exciting possibility

Una possibilità davvero interessante,

and a huge simplification.

oltre che una enorme semplificazione.

So that's one of the ideas.

Questa è una delle tante idee.

The other thing that's really exciting about string theory

Un'altra cosa davvero entusiasmante della teoria delle stringhe

is that one of those particles it describes

è che a una delle particelle descritte

is actually the missing quantum of gravity

in effetti manca il quanto di gravità

that we have been trying to understand.

che stiamo cercando di comprendere.

And then the other thing is that strings actually,

E ancora, le stringhe, di fatto,

instead of one wanting just to move in the dimensions,

invece di muoversi soltanto

the three space dimensions that we are familiar with,

nelle tre dimensioni spaziali che conosciamo,

actually seem to want to move in higher dimensions.

sembrano volersi muovere in dimensioni superiori.

So we have this idea, then,

Quindi noi ci chiediamo,

what would it mean for our world,

che cosa significherebbe per noi

if this were anything to do with our world,

se ciò avesse qualcosa a che fare col nostro mondo

and we don't know that yet?

ma noi non lo sapessimo ancora?

Here's a way that our world would arise from that.

Ecco come apparirebbe il nostro mondo se ciò si verificasse.

You would have our world,

Nel mondo come lo conosciamo,

and then one of the hidden structures

ci sarebbero delle strutture nascoste,

would be hidden chunks in space time

una serie di pezzi invisibili, nascosti nello spazio tempo,

that are not visible, those extra dimensions.

una sorta di dimensioni aggiuntive.

And then the various particles that we see in the world

In tal caso, le diverse particelle osservabili nel mondo

would come from being vibrations of strings

non sarebbero alro che vibrazioni di stringhe

and those patterns we saw that we can't explain

e i modelli osservati, per i quali non c'è spiegazione,

come from the fact that the strings can probe

deriverebbero dal fatto che le stringhe sono in grado di sondare

and feel the shape of those internal dimensions.

e sentire la forma delle dimensioni interne.

So, one of the things, then, is

Una delle possibili questioni, allora, è:

can we actually test this?

È possibile provare questa teoria?

This is a lovely idea, but how do we confront this

Sarebbe bello, ma come potremmo farlo

with real experiments and observations

servendoci di esperimenti reali e di osservazioni

because we're doing science here?

restando nel campo della scienza?

And that's the hard thing.

Questa è la cosa difficile.

We think that the energy you need

Noi riteniamo che l'energia necessaria

to probe the tiny-enough scales

per investigare un sistema di misura in scala adeguatamente ridotta

to see the strings if they're there,

per vedere le stringhe, ammesso che esistano,

is more than we can hope to get any time soon.

è più di quanto si possa ottenere nel breve periodo.

But what we can do is we can look

Quello che si può fare è ricercare

for the consequences of those hidden structures,

le conseguenze di queste strutture nascoste,

we can look for how those things show up in physics

si può indagare su come queste cose si manifestano in fisica

that we can get access to.

in modo accessibile a noi.

So, that's why we study things like

Per questo motivo stiamo studiando cose come

dark matter,

la materia oscura,

black holes,

i buchi neri,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

l'energia oscura

e stiamo osservando anche i residui dell'universo primordiale,

the cosmic microwave background that satellites.

la radiazione cosmica di fondo che permea l'universo.

And, importantly, we look for clues

E, soprattutto, cerchiamo indizi

from the various kinds of particle physics experiments,

provenienti dai vari tipi di esperimenti di fisica delle particelle

like the LHC.

come l'LHC.

So, one last thing, then,

Un'ultima cosa ancora,

is a new thing that's been going on.

una cosa nuova che sta accadendo.

String theory may turn out to be useful

La teoria delle stringhe potrebbe rivelarsi utile

in other areas of physics.

in altre aree della fisica.

There are new kinds of experiments

Nuovi tipi di esperimenti,

that start out, say, with our friend the electron,

ad esempio, avviati con il nostro amico elettrone,

and actually show that in certain circumstances,

dimostrano che, in determinate circostanze,

the electrons interact in a way

gli elettroni interagiscono

that give you completely new,

fornendo tipi di comportamento

weird kinds of behavior.

assolutamente nuovi e insoliti.

And there are models that show

Alcuni modelli dimostrano

that string theory's actually the best way.

che la teoria delle stringhe è in realtà la migliore.

In some circumstances,

In alcuni casi,

using the rules of string theory,

le regole della teoria delle stringhe

you can actually explain that sort of behavior.

consentono infatti di spiegare quei tipi di comportamento.

So this gives us an exciting possibility,

Questo ci offre un'interessante opportunità,

there's real experiments you can do

quella di compiere con gli elettroni

with these electrons

degli esperimenti reali

that will help us shape the rules

che possono aiutarci a stabilire le regole

for what string theory is.

della teoria delle stringhe.

And you might go,

Ora, voi potreste dire:

"Well, OK, that's going to give us

"Bene! Questo forse ci darà

maybe some fancy new kind of electronics

una scienza elettronica nuova e progredita

that we can make a better cell phone with."

con cui mettere a punto nuovi telefoni cellulari."

But, what I'm saying that those rules

Ma quelle regole,

may actually be the same rules we're looking for

in realtà, potrebbero essere le stesse che stiamo ricercando

to see if string theory can help us

per vedere se la teoria delle stringhe può aiutarci

with these bigger questions.

con questi grandi interrogativi.

So, at the end of the day,

Quindi, concludendo,

the hidden structures of the universe we're looking for,

un giorno potremmo scoprire che le strutture nascoste dell'universo,

may, one day, be right under our noses.

oggetto della nostra ricerca, potrebbero essere proprio sotto al nostro naso.

Thank you.

Grazie.