I matematici hanno raggiunto una svolta a lungo cercata: unire tre descrizioni separate di come si comportano i fluidi, dalle particelle microscopiche ai flussi macroscopici come l’acqua. Questa unificazione, pubblicata come preprint e presto apparsa in un’importante rivista di matematica, risolve un problema chiave posto dal matematico David Hilbert nel 1900, segnando una pietra miliare di 125 anni di lavoro.
L’eredità del sesto problema di Hilbert
Nel 1900, Hilbert sfidò i matematici a derivare rigorosamente le leggi che governano i fluidi da assiomi fondamentali: verità matematiche evidenti. Per oltre un secolo, questo è rimasto sfuggente. Fino ad ora, la fisica si basava su tre strutture distinte per descrivere i fluidi:
- Microscopico: Governa le singole particelle.
- Mesoscopico: Gestione di raccolte di particelle.
- Macroscopico: descrive fluidi completamente formati come acqua o aria.
Ciascun sistema funzionava bene nel suo ambito, ma collegarli perfettamente si è rivelato impossibile… fino ad ora. Il fatto che ciò abbia richiesto così tanto tempo non sorprende: la fisica spesso resta indietro rispetto alla matematica, necessitando di una verifica sperimentale delle teorie.
La chiave è la tecnica del diagramma di Feynman
La svolta è arrivata quando Zaher Hani dell’Università del Michigan e il suo team hanno adattato una tecnica diagrammatica originariamente sviluppata dal fisico Richard Feynman per la teoria quantistica dei campi. Questo metodo, sorprendentemente, ha fornito l’anello mancante tra le scaglie fluide. Il lavoro del team è stato il culmine di cinque anni di intenso impegno.
“Abbiamo ascoltato i leader del settore che hanno controllato il lavoro con molta attenzione”, ha confermato Hani, sottolineando il rigore e l’impatto della ricerca.
Perché è importante: dal tempo alle correnti oceaniche
Unificare la dinamica dei fluidi non è solo un risultato matematico; ha implicazioni nel mondo reale. Il nuovo quadro potrebbe migliorare la nostra comprensione dei comportamenti complessi dei fluidi nell’atmosfera e negli oceani, portando a migliori modelli meteorologici, previsioni oceanografiche e potenzialmente anche progressi nella scienza dei materiali. Il team sta già estendendo questo lavoro al regno quantistico, dove emergono comportamenti delle particelle ancora più strani e ricchi.
Questa unificazione rappresenta un significativo passo avanti nella fisica fondamentale, dimostrando che anche le sfide teoriche di lunga data possono cedere alla persistente indagine matematica.
