I ricercatori hanno teorizzato l’esistenza di “quasicristalli spaziotemporali” – strutture che fondono spazio e tempo in uno schema non ripetitivo ma ordinato – suggerendo che queste formazioni potrebbero sostenere il tessuto stesso dell’universo. Sebbene precedentemente osservato in materiali come meteoriti e detriti di test atomici, questo concetto si estende oltre le tre dimensioni nel regno quadridimensionale dello spaziotempo, come descritto dalla teoria della relatività di Einstein.
La natura dei quasicristalli
I cristalli tradizionali mostrano una ripetizione perfetta: uno schema che, quando spostato, si allinea perfettamente. I quasicristalli, tuttavia, possiedono ordine senza questa ricorrenza regolare, una caratteristica scoperta per la prima volta nei materiali naturali e successivamente sintetizzata in laboratorio. L’elemento di novità qui è l’estensione di questo concetto allo spaziotempo stesso.
Perché è importante: I modelli standard della fisica presuppongono che lo spaziotempo segua determinate simmetrie, come la simmetria di Lorentz, il che significa che le leggi della fisica non dovrebbero cambiare per osservatori a velocità diverse. Cristalli e quasicristalli regolari rompono questa simmetria se osservati da diversi sistemi di riferimento, ma i quasicristalli dello spaziotempo potrebbero offrire una struttura che rimane coerente indipendentemente dal movimento.
Fondamenti teorici e simmetria di Lorentz
I modelli dei ricercatori soddisfano la simmetria di Lorentz costruendo queste strutture da griglie di dimensioni superiori. Queste griglie sono tagliate con una pendenza irrazionale – una costante matematica come pi greco che non può essere espressa come una frazione semplice – garantendo che la fetta non intersechi mai direttamente i punti della griglia. Questa non-intersezione crea il non-modello ripetuto che definisce un quasicristallo.
In sostanza: la geometria di questi quasicristalli dello spaziotempo sembrerebbe identica agli osservatori a riposo o in viaggio alla velocità della luce. Questo è fondamentale perché molte leggi fondamentali della fisica si basano sulla coerenza delle osservazioni attraverso diversi sistemi di riferimento.
Implicazioni per la gravità quantistica e la teoria delle stringhe
Le implicazioni di queste strutture teoriche si estendono ad altre aree della fisica teorica. I ricercatori suggeriscono che i quasicristalli dello spaziotempo potrebbero fornire un quadro per le teorie della gravità quantistica, che tentano di conciliare la meccanica quantistica con la relatività generale. Su scale più piccole, lo spaziotempo potrebbe non essere uniforme ma piuttosto suddiviso in punti discreti. I quasicristalli potrebbero spiegare come questa frammentazione rispetti la simmetria di Lorentz.
Inoltre, i modelli si intersecano con la teoria delle stringhe, che presuppone che l’universo abbia dieci dimensioni, ma solo quattro siano direttamente osservabili. Si pensa che le altre sei dimensioni siano raggomitolate su scale troppo piccole per essere rilevate. Questi quasicristalli dello spaziotempo suggeriscono un’alternativa: che le dimensioni osservate dell’universo siano costruite da una struttura dimensionale superiore tagliata con un angolo irrazionale, creando l’illusione di spazio e tempo infiniti.
Stato e ricerca futura
I ricercatori stessi riconoscono che il lavoro è “cotto a metà”, indicando che si tratta di un’esplorazione preliminare. Tuttavia, l’eleganza matematica del concetto ha suscitato l’interesse della comunità dei fisici.
“È una matematica meravigliosa”, afferma Gregory Moore della Rutgers University. “La fisica è altamente speculativa.”
Saranno necessarie ulteriori ricerche per determinare se queste strutture teoriche hanno controparti nel mondo reale o effetti misurabili. Tuttavia, la proposta dei quasicristalli dello spaziotempo offre un modo nuovo di considerare la natura fondamentale della realtà.
