L'universo potrebbe essere un gigantesco ologramma #1
- Prima parte
Fisica dell'incredibile
Secondo una teoria che prende il nome di principio
olografico, l’universo sarebbe simile ad un gigantesco ologramma
Fausto Bersani Greggio - 27/02/2019
Secondo una teoria che prende il nome di principio
olografico, l’universo sarebbe simile ad un gigantesco ologramma: proprio come
una manipolazione della luce permette di registrare un’immagine tridimensionale
su una pellicola in due dimensioni, il nostro universo, in apparenza
tridimensionale, potrebbe essere totalmente equivalente a un «dipinto» su un’immensa
superficie lontana.
Un ologramma è un tipo speciale di fotografia che genera
un’immagine tridimensionale quando viene illuminata in modo appropriato. Tutta
l’informazione che descrive la scena tridimensionale è codificata e vive su una
pellicola bidimensionale
Il principio olografico afferma che una situazione
analoga si può applicare nella descrizione di un qualunque sistema che occupi
una regione tridimensionale purché la teoria fisica che lo descrive operi
solamente sul suo confine bidimensionale. Il concetto di ologramma, inteso in
modo generale, può essere quindi esteso come una rappresentazione a D – 1
dimensioni di un oggetto D dimensionale.
La fisica dei buchi neri – concentrazioni di massa
incredibilmente dense con campi gravitazionali talmente intensi che neppure la
luce riesce ad evadere – dà un’indicazione di come questo principio potrebbe
essere vero anche a livello astrofisico, se non addirittura cosmologico.
Dallo studio dei buchi neri si ricava una conclusione sorprendente:
l’entropia, che è connessa al contenuto di informazione di una qualsiasi
regione dello spazio, è definita non dal suo volume ma dall’area della sua
superficie.
Alcuni fisici ritengono che questo risultato sorprendente
possa essere un indizio in direzione di una teoria definitiva della realtà.
Il secondo principio della termodinamica afferma che
l’entropia di un sistema fisico isolato non può mai diminuire. Tuttavia quando
la materia scompare in un buco nero l’entropia dell’Universo sembrerebbe
scomparire per sempre: un buco nero assorbe materia ed energia dallo spazio
circostante e quindi “mangia” informazione.
Il secondo principio sembra pertanto essere violato.
Sennonché, negli anni ’70, venne dimostrato un teorema in
virtù del quale l’area totale di un buco nero, per un qualsiasi evento, non
diminuisce mai. Di conseguenza, se si suppone che l’entropia di un buco nero
sia proporzionale alla superficie del suo orizzonte, si può pensare che quando
la materia cade al suo interno, l’aumento di entropia di quest’ultimo compensi
l’entropia “persa” dalla materia scomparsa, una sorta di generalizzazione del
secondo principio della termodinamica. Questo assunto fu effettivamente
dimostrato da Bekenstein.
E fin qui non ci sarebbe un immediato problema se
l’informazione rimanesse confinata all’interno dell’orizzonte degli eventi.
Tuttavia Hawking nel 1974 pubblicò un articolo in cui sosteneva che un buco
nero può emettere spontaneamente radiazione termica fino ad “evaporare”,
fenomeno peraltro, al momento, mai osservato.
Cosa accade all'informazione caduta precedentemente nel
buco nero quando esso evapora?
Ed inoltre, che dire del teorema dell’area il quale, a
fronte di un’eventuale evaporazione del buco nero risulterebbe evidentemente
violato data l’inevitabile scomparsa del buco nero stesso?
Anche se l’idea di Bekenstein, di un’entropia
generalizzata data dalla somma dell’entropia dei buchi neri e della materia
esterna ad essi, salva la seconda legge della termodinamica, rimane tuttavia
aperto il problema del teorema dell’area e dell’informazione.
L’ipotesi di Hawking di un buco nero che possa evaporare
pone una serie di problemi teorici, conosciuti con il nome di “paradosso
dell’informazione”, poiché nel lavoro originale la radiazione di Hawking è
puramente termica, col risultato che dell’informazione viene distrutta per
sempre: si pensi ad esempio ad alcune proprietà delle particelle catturate
all’interno di un buco nero come la massa, la carica elettrica, lo spin,
l’energia, la quantità di moto, ecc. tutti dati che andrebbero completamenti persi.
Fintanto che nulla poteva uscire da un buco nero, si
poteva pensare che l’informazione, non più accessibile, continuasse comunque ad
esistere confinata al suo interno, ma nel momento in cui questo non è più vero
allora nascono delle difficoltà di interpretazione a livello quantistico.
Infatti in meccanica quantistica l'informazione non viene mai distrutta. I
tentativi di spiegazione allo stato attuale risultano alquanto contorti, poco
convincenti e sicuramente incompleti.
Personalmente ritengo che il problema possa essere
spiegato diversamente.
In una mia precedente pubblicazione su questa rivista [1]
dimostrai che il ragionamento di Hawking è affetto da un errore e che in realtà
un buco nero non potrà mai evaporare provando quindi che il teorema dell’area è
assolutamente generale e non presenta violazioni salvaguardando anche il
contenuto dell'informazione nascosta.
E’ stato dimostrato, come si è detto, che l'entropia di
un buco nero è proporzionale all'area del suo orizzonte degli eventi. Essa risulta
misurata in unità di Planck
ossia, pixel infinitesimi (10^-66 cmq) che rappresentano
il limite estremo della nostra capacità di indagare l’infinitamente piccolo.
L'idea è che lo spazio-tempo potrebbe non essere perfettamente liscio,
esattamente come un’immagine digitale che evidenzia i propri limiti di
risoluzione quando si zooma fino a dimensioni dell’ordine di grandezza dei suoi
pixel.
L'informazione può essere quindi codificata sullo schermo
olografico della sua superficie, il che corrisponde ad una caratteristica
particolare: studiare la fisica della superficie olografica equivale a studiare
la fisica del volume in essa racchiuso. Lo schermo olografico conserva una
sorta di “memoria” o di “archivio”, se si preferisce, delle proprietà della
materia contenuta al suo interno.
Un processo analogo si verifica anche nel noto
esperimento delle due fenditure, l’esperimento premiato nel 2002 dalla rivista
Physics World come il più bello della fisica, in cui venne realizzata una
figura di interferenza non con onde classiche, come sarebbe lecito attendersi,
bensì con particelle, per l’esattezza elettroni.
Il segreto dell'Universo >> http://bit.ly/2IGjCZu
Mente e materia nella scienza del terzo millennio
Fabrizio Coppola
