26/07/26 ore 9.30
ex Convento dei Minimi

Quel che resta: dal vuoto quantistico allo spaziotempo

Il tentativo di rispondere alla domanda “che cos’è la materia?”, nell’ambito della fisica contemporanea, ha guidato la riflessione attraverso concetti fondamentali quali stati di particella, simmetrie e interazioni nella teoria quantistica dei campi. La materia del senso comune è apparsa come una realtà emergente, problematica, le cui proprietà osservabili dipendono dalla scala di energia che caratterizza l’osservazione.

Si pone ora la domanda “che cosa esiste, oltre la materia?” per la fisica contemporanea. Si è già visto come il vuoto sia lo stato di minima eccitazione dei campi quantistici, che implica assenza di particelle ma non di energia. Questa osservazione `e importante: la teoria di Einstein afferma che qualsiasi forma di energia contribuisce a determinare la geometria dello spaziotempo, il quale a sua volta determina la dinamica della materia. Su scale cosmologiche, infatti, è plausibile che l’energia del vuoto inneschi un’espansione accelerata dell’universo. È necessario dunque soffermarsi sullo spaziotempo e la sua geometria - strutture che in questo linguaggio sembrano precedere logicamente i campi - e chiedersi se e in che modo esistano indipendentemente dalla materia. Nel corso della lezione si chiarirà come la risposta a tale domanda rimane un problema aperto della fisica contemporanea. Da un lato, localizzare un punto dello spaziotempo richiederebbe una concentrazione così elevata di energia da perturbare la configurazione geometrica stessa dello spaziotempo, fino a farla collassare in un buco nero. Dall’altro, le simmetrie della relatività generale introducono una fondamentale indeterminazione nel significato fisico di un punto dello spaziotempo, a meno che questo non ospiti un’interazione tra campi. Si discuteranno infine le proposte che vengono avanzate nell’ambito delle teorie speculative di gravità quantistica. Come la materia, anche lo spaziotempo emergerà come una realtà problematica, dipendente dalla scala di energia. I concetti fondamentali di materia, vuoto e spaziotempo appariranno non solo interconnessi, ma indissolubilmente legati in una struttura teorica entro la quale soltanto possono trovare un significato fisico.

Sergio Cacciatori è professore ordinario presso il Dipartimento di Scienza e Alta Tecnologia dell'Università degli Studi dell'Insubria, dove insegna Modelli matematici per la fisica e Geometrical Methods in Physics. I suoi principali interessi di ricerca riguardano la fisica teorica delle interazioni fondamentali, i modelli matematici per la fisica e la fisica quantistica. Ha pubblicato numerosi saggi e articoli in volumi collettanei e riviste; tra le monografie ricordiamo Hawking Radiation : From Astrophysical Black Holes to Analogous Systems in Lab (2018). È il responsabile scientifico di Domoschool.