Certamente la fisica teorica è uno dei campi di ricerca più difficili e affascinanti che esistano. E forse anche uno dei più lontani dalla realtà quotidiana, almeno secondo una percezione abbastanza diffusa. Eppure tutto ciò che è stato fatto negli ultimi cento anni, dalla relatività einsteiniana alla meccanica quantistica fino alla più recente teoria delle stringhe, è stato di importanza fondamentale; intanto per capire l'universo in cui viviamo e le leggi che lo governano, e poi perché l'ampliamento della visione sulla natura del cosmo ha, sul lungo periodo, un impatto sicuro sullo stile e sulla cultura della nostra società. Basti pensare a ciò che significa tuttora il lavoro di Albert Einstein.

Uno dei testimoni più aggiornati e autorevoli riguardo alle rivoluzioni prossime venture della fisica teorica è sicuramente David J. Gross. Sessantasettenne di Washington, direttore del Kavli Institute for Theoretical Physics dell'Università della California, Gross ha avuto la sua esplosione di notorietà in campo accademico con l'assegnazione nel 2004 del Premio Nobel per la fisica, condiviso con i collaboratori Franck Wilczek e David Politzer. Gross è intervenuto nella giornata di apertura del Festival della Scienza, in una conferenza tra le più seguite dell'intera manifestazione, e nella quale ha presentato i risultati del lavoro che gli ha fruttato l'ambito riconoscimento, ovvero la teoria della Cromodinamica quantistica, o anche QCD, e le implicazioni future che egli stesso definisce "rivoluzionarie".

Nella conferenza, brevemente introdotta dal simpatico Marco Cattaneo, direttore di Le Scienze, Gross ha ripercorso l'evoluzione delle grandi teorie della fisica fondamentale, che stanno alla base del suo lavoro. L'affermazione del Modello Standard sulla costituzione della materia (particelle e forze che le tengono insieme) ha portato all'identificazione delle quattro forze fondamentali dell'universo: gravitazionale, elettromagnetica, interazione forte e interazione debole. Il risultato degli sforzi dei fisici per trovare una sintesi comune, ovvero la teoria dell'unificazione delle forze, ha portato a quella che Gross definisce "ignoranza informata", ovvero la consapevolezza dei fisici che la continua ricerca permette soprattutto di arrivare a porre le domande giusta, condizione necessaria per trovare le risposte adeguate.

La prima domanda "giusta" venne posta riguardo le proprietà del vuoto. Oggi è noto ai fisici che il vuoto è tutto fuorché "vuoto", ma anzi, la sua caratteristica di contenitore di energie fluttuanti, in base al principio di Heisenberg, ha permesso agli scienziati di compiere passi avanti lungo l'unificazione delle forze, attraverso il concetto di supersimmetria. Mentre la simmetria classica spiega l'invarianza delle leggi fisiche nello spazio, la supersimmetria introduce la presenza di altre dimensioni spaziotemporali, visibili attraverso gli occhi della meccanica quantistica. Nel superspazio descritto dalla teoria, le particelle si allungano attraverso più dimensioni (addirittura 26 nelle prime formulazioni), passando dall'essere oggetti puntiformi a oggetti stretti e allungati simili a stringhe da scarpe. Appunto quest'ultima immagine ha suggerito il nome da dare alla Teoria delle Stringhe, per la quale l'universo è composto da particelle molto più pesanti e instabili e che potrebbero essere buoni candidati per spiegare la cosiddetta materia oscura, di cui sarebbe composto il trenta per cento dell'universo. I rapporti tra le stringhe sono regolati da una supersimmetria (da cui anche il termine superstringhe), la cui ipotesi di esistenza si può recuperare solo alle altissime energie generate dentro gli accelleratori di particelle.

Un altro tassello che ha permesso a Gross di proseguire nelle ricerche lo hanno fornite le proprietà dei quark, mattoni di cui sono costituite le particelle e raggruppati nelle due grandi famiglie di Fermioni e Bosoni. Secondo la QCD, i quark possiedono una proprietà chiamata "colore", riferita alla carica elettromagnetica. La scoperta di Gross e dei suoi collaboratori riguarda l'interazione tra quark all'interno del nucleo: in tale interazione i quark sono relativamente liberi di muoversi nel nucleo. Ma provando a separarli, l'intensità della forza che li tiene insieme cresce enormemente, confinando i quark all'interno di una regione delimitata. Tale proprietà, definita Libertà Asintotica, aiuta a inserire la teoria di campo quantistica all'interno del Modello Standard già definito. Infatti, tornando al problema dell'unificazione delle forze, finora i fisici sono riusciti a unificare in una matrice comune soltanto le interazioni elettromagnetiche, forti e deboli, lasciando esclusa la gravità. La QCD, e le sue implicazioni, creano di fatto una teoria di gravità che si può definire quantistica, in grado di essere collegata alle altre tre forze e quindi portare all'unificazione completa.

Senz'altro l'argomento non è dei più facili. Perché allora Gross e tutta la comunità scientifica definiscono le implicazioni delle scoperta "rivoluzionarie"? Intanto perché in grado di fornire spiegazioni a un certo numero di problemi aperti, tra i quali la già citata natura della materia oscura dell'universo. Ma potrebbe aiutare a capire anche l'origine dell'universo, la cui teoria si attesta ancora sui capisaldi forniti dal Big Bang e dalla teoria dell'Inflazione. Ancora, la funzione dei buchi neri, veri e propri mangiatori di materia la cui esistenza pone seri problemi alla meccanica quantistica.

Ma la vera futura rivoluzione riguarda la nostra concezione di spazio e tempo. Una dei postulati della teoria riguarda l'esistenza di extradimensioni spaziali, "accartocciate" in qualche modo su é stesse. Ciò comporta implicazioni e applicazioni. Le implicazioni riguardano il concetto di spaziotempo, che andrebbe totalmente ridefinito; se al momento del Big Bang tutte le dimensioni erano unificate in un unico magma confuso, la repentina espansione a energie inimmaginabili può aver causato l'espansione del cosmo non soltanto nel nostro spazio ma anche in spazi alternativi a noi per ora preclusi. In sostanza, la teoria potrebbe fornire le base per l'esistenza del Multiverso, ovvero di un fascio di universi distinti e non comunicanti tra loro. L'esistenza di universi paralleli è uno dei temi cardine della fantascienza; l'eventuale dimostrazione della consistenza della teoria, mediante l'uso del Large Hadron Collider di Ginevra, comporterebbe una totale riconsiderazione del nostro modo di "stare". L'attuale concetto di spaziotempo si rivelerebbe di colpo grossolano e limitato, lasciando il campo a un concetto di spazio "emergente", a cui si si affianca un tempo "emergente", cioé interamente da scoprire.

Per quanto riguarda le possibili applicazioni, qui si entra nella fantascienza più pura. Inizialmente anche la meccanica quantistica era considerata il giocattolo di un gruppetto di fisici un po' matti; oggi le sue applicazioni tecnologiche stanno nelle case di tutti. Capire dove ci porterà la completa unificazione delle forze è impresa impossibile. Immaginare le stringhe come veicoli per scambio di informazioni tra dimensioni e universi è fin troppo azzardato. Si ritorna all'idea di Gross di ingnoranza informata: la possibile soluzione di un problema ne apre un numero enorme di altri, e amplifica la consapevolezza degli scienziati sul lungo cammino da fare. Il pensiero socratico ("So di non sapere") è qui espresso all'ennesima potenza. per Gross questa è soltanto la pre-rivoluzione; un segnale che ci indica la strada da seguire per arrivare alla rivoluzione vera. Con la speranza, quando ci si arriverà, che il genere umano sia pronto.