Visualizzare undici dimensioni: Thad Roberts a TEDxBoulder

In questo intervento, Thad Roberts rivela una teoria che potrebbe essere la chiave per la semplificazione di diverse complessità della meccanica quantistica, dello spazio e del tempo.

Per caso, qui c'è qualcuno
interessato alle altre dimensioni?

(Applausi)

Bene.

Beh, grazie a tutti per il vostro tempo...
ed il vostro spazio.

(Risate)

Bene, mi fa piacere che l'abbiate capita.

Ok.

Immaginate un mondo i cui abitanti vivono e muoiono

credendo solo nell'esistenza
di due dimensioni spaziali.

Un piano.

Questi Bidimensionali vedranno
delle cose decisamente strane;

cose impossibili da spiegare all'interno
dei limiti della loro geometria.

Per esempio, immaginate che un giorno, alcuni scienziati Bidimensionali osservino questo:

una serie di luci colorate
che sembrano apparire a caso

in zone diverse lungo l'orizzonte.

Pur mettendocela tutta per capire queste luci,

non saranno mai in grado
di formulare una teoria che le spieghi.

Alcuni degli scienziati più intelligenti

potrebbero escogitare un modo
per descrivere probabilisticamente i flash.

Per esempio, per ogni 4 secondi,

c'è l'11 per cento di probabilità che lungo
la linea si verifichi un flash rosso.

Ma nessun Bidimensionale sarà in grado
di determinare esattamente quando

o dove si potrà vedere il flash rosso successivo.

Conseguentemente, cominciano a pensare

che il mondo contenga un senso di indeterminazione,

che il motivo per cui queste luci
non si possono spiegare

è che, a livello di base, la natura non ha senso.

Hanno ragione? Il fatto che essi siano obbligati

a descrivere queste luci in modo probabilistico

significa veramente che il mondo è indeterministico?

La lezione che possiamo imparare dalla Terra Bidimensionale

è che quando consideriamo solo
una parte dell'intera geometria della natura,

eventi deterministici possono apparire,
in realtà, indeterministici.

Tuttavia, quando ampliamo il nostro campo visivo

e riusciamo ad accedere
alla geometria completa del sistema,

l'indeterminazione scompare.

Come potete vedere, ora possiamo
determinare esattamente quando e dove

si potrà vedere la luce rossa successiva
lungo questa linea.

Stasera siamo qui

per considerare la possibilità
che noi siamo come i Bidimensionali.

Perché, a quanto pare,
il nostro mondo è pieno di misteri

che sembrano scontrarsi con le supposizioni geometriche
che abbiamo fatto.

Misteri come la distorsione dello spazio-tempo,
i buchi neri, l'Effetto Tunnel,

le costanti della natura, la materia oscura,
l'energia oscura, etc.

La lista è abbastanza lunga.

Come rispondiamo a questi misteri?

Beh, abbiamo due possibilità:

possiamo aggrapparci
alle nostre supposizioni precedenti,

ed inventare nuove equazioni che in qualche modo
esistono al di fuori dello spazio metrico,

come vago tentativo per spiegare quello che succede,

oppure possiamo compiere un passo più coraggioso,
buttare via le nostre vecchie supposizioni,

e costruire un nuovo piano per la realtà.

Uno che contenga già questi fenomeni.

È ora di compiere quel passo.

Perché siamo nella stessa situazione dei Bidimensionali.

La natura probabilistica della meccanica quantistica

porta i nostri scienziati a credere che,

in fondo, il nostro mondo sia indeterminante.

Che più osserviamo, più scopriremo

che la natura non ha senso.

Hmm...

Forse tutti questi misteri in realtà ci stanno dicendo

che c'è qualcos'altro.

Che la natura ha una geometria
più ricca di quello che abbiamo pensato.

Forse i fenomeni misteriosi nel nostro mondo

potrebbero essere spiegati
da una geometria più complessa,

con più dimensioni.

Ciò vorrebbe dire che siamo incastrati
nella nostra versione della Terra Bidimensionale.

E se così fosse, come possiamo uscirne fuori?

Almeno concettualmente?

Beh, il primo passo è assicurarsi
di sapere esattamente cosa sia una dimensione.

Una buona domanda di partenza sarebbe:

Cos'è che rende x, y, e z delle dimensioni spaziali?

La risposta è che un cambiamento
di posizione in una dimensione

non implica un cambiamento
di posizione in un'altra dimensione.

Le dimensioni sono descrittori indipendenti di posizione.

Quindi, z è una dimensione perché
un oggetto può essere fermo in x e y

mentre si muove in z.

Quindi, supporre che vi siano altre dimensioni spaziali

è come dire che è possibile che un oggetto

sia fermo in x, y, e z,

ma che si muova in qualche altro senso spaziale.

Ma dove potrebbero essere queste altre dimensioni?

Per risolvere questo mistero,
dobbiamo compiere una modifica alle basi

delle nostre supposizioni geometriche
riguardo lo spazio.

Dobbiamo presupporre che lo spazio sia
letteralmente e fisicamente quantizzato,

che sia composto da pezzi interagenti.

Se lo spazio è quantizzato,

allora non può essere diviso infinitamente
in incrementi sempre più piccoli.

Una volta raggiunta una misura base,

non possiamo andare oltre

e parlare ancora di distanze nello spazio.

Consideriamo un'analogia:

immaginiamo di avere un pezzo di oro puro

da tagliare a metà di volta in volta.

Possiamo farci due domande:

Quante volte possiamo tagliare
a metà quello che abbiamo?

e: quante volte possiamo tagliare a metà
quello che abbiamo e continuare ad ottenere oro?

Sono due domande completamente diverse,

perché una volta raggiunto un atomo di oro,

non possiamo andare oltre

senza trascendere la definizione di oro.

Se lo spazio è quantizzato, vale lo stesso principio.

Non possiamo parlare di distanze nello spazio

che siano inferiori all'unità base dello spazio,

per lo stesso motivo per cui
non possiamo parlare di quantità di oro

inferiori ad un atomo di oro.

Quantizzare lo spazio ci porta
ad un nuovo disegno geometrico.

Come questo,

in cui l'insieme di questi pezzi, questi Quanti,

si uniscono per costituire la struttura di x, y e z.

Questa è una geometria ad 11 dimensioni.

Se riuscite a vedere questo, allora avete già capito.
Non vi risulterà difficile.

Dobbiamo solo dare un senso
a quello che sta accadendo.

Osservate come esistono tre tipi distinti di volumi

e come tutti i volumi sono tridimensionali.

La distanza tra due punti qualsiasi nello spazio
diventa uguale al numeri di Quanti

che si trovano istantaneamente tra loro.

Il volume all'interno di ogni Quanto è interspaziale,

ed il volume nel quale si spostano i Quanti è superspaziale.

Osservate come l'avere informazioni perfette
riguardo le posizioni di x, y e z

ci permette solamente di identificare
un singolo Quanto dello spazio.

Osservate inoltre che ora è possibile per un oggetto

spostarsi in modo interspaziale o superspaziale

senza cambiare in alcun modo
la posizione della sua x, y e z.

Questo significa che un oggetto può spostarsi

in nove modi indipendenti.

Questo ci dà nove dimensioni spaziali.

Tre dimensioni del volume x, y e z,
Tre dimensioni del volume superspaziale,

e tre dimensioni del volume interspaziale.

Poi abbiamo il tempo,
che può essere definito come

l'intero numero di risonanze
riscontrabili in ogni Quanto.

Ed il super-tempo ci permette di descrivere
il loro moto attraverso il super-spazio.

Ok, so che è complicato, purtroppo devo andare veloce

perché ci sono un sacco di
dettagli che possiamo analizzare.

Ma c'è un vantaggio significativo
nell'essere in grado di descrivere lo spazio

come un mezzo che possiede densità,
distorsioni ed increspature.

Per esempio, ora possiamo descrivere
la curvatura spazio-tempo di Einstein

senza ridurre dimensionalmente il disegno.

La curvatura è il cambiamento nella densità
di questi Quanti spaziali.

Più i Quanti diventano densi,
meno sono in grado di risuonare liberamente,

quindi il tempo è minore.

E nelle aree di massima densità,

in cui i Quanti sono completamente uniti,

come nei buchi neri, non c'è esperienza del tempo.

La gravità è semplicemente il risultato
di un oggetto che viaggia direttamente

attraverso lo spazio curvo.

Passare attraverso lo spazio x, y, z

significa che sia il vostro lato sinistro
che quello destro

percorrono la stessa distanza, interagiscono
con lo stesso numero di Quanti.

Quindi, quando nello spazio si
ha un gradiente di densità,

il percorso dritto è quello che
fornisce un'esperienza spaziale uguale

per tutte le parti dell'oggetto in movimento.

Ok, questo è veramente importante.

Se avete mai osservato un grafico
della curvatura di Einstein,

la curvatura dello spazio-tempo,

forse non avete notato che
una delle dimensioni non aveva nome.

SI supponeva di prendere
un piano del nostro mondo

ed ogni volta che in quel piano
vi era massa, l'allungavamo;

e se c'era più massa,
l'allungavamo di più,

per mostrare quanta curvatura ci fosse.

Ma qual è la direzione dell'allungamento?

Abbiamo eliminato la dimensione z.

La ignoriamo ogni volta nei nostri manuali.

Qui, non abbiamo dovuto eliminare la dimensione z.

Abbiamo potuto mostrare la curvatura al completo.

E questo è veramente importante.

Altri misteri che emergono da questa mappa,

come l'Effetto Tunnel -

ricordate i nostri Bidimensionali? -

Beh, vedranno apparire una luce rossa
da qualche parte all'orizzonte

e poi scomparirà, e per quello che ne sanno,

è scomparsa dall'universo.

Ma se una luce rossa compare
di nuovo in un'altra parte della linea,

potrebbero chiamarla Effetto Tunnel.

Succede la stessa cosa quando
osserviamo un elettrone,

che scompare dal tessuto dello spazio

e ricompare da qualche altra parte, che può essere

oltre il limite al di là del quale
non sarebbe potuto andare.

Ok? Ora potete usare questa immagine?
Per risolvere quel mistero?

Riuscite a vedere come i misteri del nostro mondo
possono trasformarsi in aspetti eleganti

del nostro nuovo disegno geometrico?

Tutto ciò che dobbiamo fare per
dare un senso a quei misteri

è cambiare i nostri presupposti geometrici,
quantizzare lo spazio.

Ok, questa immagine ha qualcosa da dire anche

riguardo l'origine delle costanti della natura,

come la velocità della luce, la costante di Planck,
la costante gravitazionale, e via dicendo.

Poiché tutte le unità di espressione,
Newton, Joule, Pascal, etc.,

possono essere ridotte a cinque combinazioni

di lunghezza, massa, tempo, ampere e temperatura,

quantizzare il tessuto dello spazio

significa che quelle cinque espressioni
devono anche avere unità quantizzate.

Quindi, questo ci dà cinque numeri che scaturiscono
dalla nostra mappa geometrica.

Conseguenze naturali della nostra mappa,
con singole unità.

Ci sono due altri numeri nella nostra mappa.

Numeri che riflettono i limiti della curvatura.

Il Pi greco può essere usato per rappresentare
lo stato minimo della curvatura,

o curvatura zero, mentre un numero
che noi chiamiamo zhe

può essere usato per rappresentare
lo stato massimo di curvatura.

Il motivo per cui ora abbiamo un massimo è perché
abbiamo quantizzato lo spazio.

Non possiamo continuare all'infinito.

Cosa possono fare per noi questi numeri?

Beh, questa lunga lista rappresenta le costanti della natura,

e se osservate, nonostante
stiano scorrendo velocemente,

sono tutte costituite da cinque numeri

provenienti dalla nostra geometria,
e da i due numeri

provenienti dai limiti della curvatura.

Tra l'altro, è un fatto veramente importante,
almeno per me.

Questo significa che le costanti della natura

provengono dalla geometria dello spazio;

sono conseguenze necessarie del modello.

Ok. Questo è molto divertente perché
si possono trarre talmente tante conclusioni

che è difficile fare previsioni precise.

Ma questa nuova mappa

ci permette di spiegare la gravità.

in un modo totalmente concettuale,

l'intera soluzione ti si forma nella mente,

buchi neri, Effetto Tunnel, le costanti della natura,

ed in caso nessuna di quelle cose
abbia attirato la vostra attenzione,

o nel caso non ne abbiate mai sentito parlare prima,

avrete sicuramente sentito
almeno della materia oscura e dell'energia oscura.

Anch'esse sono conseguenze geometriche.

La materia oscura, quando
osserviamo galassie distanti,

e le stelle che orbitano attorno a quelle galassie,

le stelle lungo i bordi si muovono troppo velocemente,

sembrano avere della gravità supplementare.

Come possiamo spiegarcelo?
Beh, non possiamo, quindi diciamo che

ci deve essere qualche altra materia
che crea più gravità,

producendo quegli effetti.
Ma la materia non la vediamo.

Quindi la chiamiamo materia oscura. E la definiamo come qualcosa che non possiamo vedere!

E va bene, è un buon passo, è un buon inizio,

ma nel nostro modello
non abbiamo dovuto compiere quel salto nel vuoto.

Abbiamo compiuto un salto, abbiamo detto
che lo spazio è quantizzato,

ma tutto il resto è scaturito da quello.

Qui stiamo dicendo che lo spazio
è composto da parti basilari,

così come crediamo che l'aria
sia composta da molecole.

Se questo è vero, allora
un prerequisito automatico è che

si possono avere cambiamenti di densità,
questo è l'origine della gravità,

ma si dovrebbero anche avere cambiamenti di fase.

E cosa sollecita un cambiamento di fase?

Beh, la temperatura.

Quando qualcosa diventa abbastanza freddo,
la sua disposizione geometrica cambierà,

e cambierà fase.

Un cambio di densità qui,
nelle regioni più esterne delle galassie,

darà origine ad un campo gravitazionale,

perché i campi gravitazionali sono proprio questo,

sono cambiamenti di densità.

Ok?

Siamo andati velocissimi.

Ed ora passiamo alla materia oscura,
in 15 secondi.

Quando osserviamo il cosmo,
vediamo che la luce distante

si sposta verso il rosso, ok?

Che perde parte della sua energia
nel viaggiare verso di noi

per miliardi di anni.

Come possiamo spiegare
quello spostamento verso il rosso?

Beh, al momento diciamo che vuol dire
che l'universo si sta espandendo. Ok?

Tutte le nostre idee per cui l'universo si sta espandendo
vengono da questo,

dalle misurazioni dei cambiamenti
dello spostamento verso il rosso,

da questa distanza a questa
distanza, a quella distanza.

Ok? E ne misuriamo l'espansione allo stesso modo.

Ma c'è un altro modo per spiegare
lo spostamento verso il rosso.

Così come ci sarebbe un altro modo per spiegare come,
se avessi un diapason

accordato in Do,

ed entrassi in un tunnel e voi sentiste... un Si.

Certo, potreste dire che è perché
mi sto allontanando da voi all'interno del tunnel,

ma potrebbe anche essere per via
della pressione dell'atmosfera

che diminuisce mentre il suono
viaggia verso le vostre orecchie.

Qui, potrebbe sembrare abbastanza improbabile

perché la pressione atmosferica
non diminuisce velocemente,

ma quando si parla di luce che viaggia
attraverso lo spazio per miliardi di anni,

abbiamo solo bisogno dei Quanti

per avere una piccola quantità di non-elasticità
e lo spostamento verso il rosso è imminente.

Bene, ci sarebbe ancora molto da dire al riguardo,

e se siete interessati,
date pure un'occhiata a questo sito

e date tutti i feedback che potete.

Il tempo sta per terminare, quindi lasciatemi solo dire
che questa mappa ci dà uno strumento mentale,

uno strumento che può espandere la portata
della nostra immaginazione,

e, forse, dare nuova linfa al romanticismo della ricerca di Einsten.

Grazie.

(Applausi)