Ci sono prove crescenti del fatto che il nostro universo sia un ologramma gigante

Se un amico ti dicesse che vivevamo tutti in un ologramma gigante, probabilmente gli diresti di licenziare il Kush. Ma incredibilmente, i fisici di tutto il mondo stanno pensando la stessa cosa: che ciò che percepiamo essere un universo tridimensionale potrebbe essere semplicemente l’immagine di uno bidimensionale proiettato attraverso un massiccio orizzonte cosmico.

Sì, sembra più che un po ‘folle. La natura 3D del nostro mondo è fondamentale per il nostro senso della realtà come il fatto che il tempo scorre avanti. Eppure alcuni ricercatori credono che le contraddizioni tra la teoria della relatività di Einstein e la meccanica quantistica potrebbero essere riconciliate se ogni oggetto tridimensionale che conosciamo e amiamo è una proiezione di piccoli, subatomici byte di informazioni immagazzinate in una Flatland bidimensionale.

“Se questo è vero, è un’intuizione davvero importante”, mi ha detto al telefono Daniel Grumiller, un fisico teorico dell’Università di Tecnologia di Vienna. Grumiller, insieme ai fisici Max Riegler, Arjun Bagchi e Rudranil Basu, ha recentemente pubblicato il primo studio che offre la prova che il cosiddetto ” principio olografico ” – che alcuni spazi 3D possono essere ridotti matematicamente a proiezioni 2D – potrebbe descrivere il nostro universo.

[Nel nostro podcast, lo staff della Motherboard parla con Craig Hogan, lo scienziato del Fermilab che sta attualmente effettuando questi esperimenti.]

“Se hai chiesto a qualcuno venti anni fa quante dimensioni ha il nostro mondo, la maggior parte di noi risponderebbe” tre dimensioni spaziali più il tempo “, ha affermato. “Il principio olografico significherebbe che questa è in realtà una questione di prospettiva”.

Il principio olografico fu postulato per la prima volta oltre 20 anni fa come una possibile soluzione al famoso ” paradosso dell’informazione ” di Stephen Hawking . (Il paradosso è essenzialmente che i buchi neri sembrano ingoiare informazioni che, secondo la teoria quantistica, sono impossibili.) Ma mentre il principio non fu mai formalizzato matematicamente per i buchi neri, il fisico teorico Juan Maldacena dimostrò diversi anni dopo che l’olografia aveva effettivamente un tipo di spazio teorico chiamato spazio anti-de Sitter . A differenza dello spazio nel nostro universo, che è relativamente piatto sulle scale cosmiche, lo spazio anti-de Sitter descritto dai matematici si curva verso l’interno come una sella.

Se questa rappresentazione dello spazio è corretta, allora come qualsiasi computer, esiste un limite intrinseco alla capacità di elaborazione e archiviazione dei dati dell’universo.

“Lo spazio Anti-de Sitter non è direttamente rilevante per il nostro universo, ma ci consente di eseguire calcoli che altrimenti sarebbero molto difficili se non impossibili”, ha affermato Grumiller.

All’interno di questo spazio teorico, Maldacena mostrò che due insiemi di equazioni fisiche erano perfettamente mappate l’una sull’altra: le equazioni della teoria gravitazionale e quelle della teoria dei campi quantistici . Questa corrispondenza era del tutto inaspettata, perché mentre la gravità è descritta in tre dimensioni spaziali, la teoria dei campi quantistici ne richiede solo due. Che le leggi della fisica producessero risultati identici, due o tre dimensioni indicavano la natura olografica di anti-de Sitter-space.

“Questo è stato il primo caso in cui qualcuno ha mostrato esplicitamente come funziona l’olografia”, mi ha detto Grumiller. “Ma dato che il nostro universo non è uno spazio anti-sitter – è approssimativamente piatto a grandi scale – è interessante chiedersi se il principio olografico si applica anche allo spazio piatto”.

Rappresentazione dello spazio anti-de Sitter. Immagine: Wikimedia

Per dimostrare che il nostro universo può davvero essere visto come un ologramma, le grandezze fisiche dovrebbero essere calcolate usando sia la teoria dei campi quantistici sia la teoria gravitazionale nello spazio “piatto”, ei risultati dovrebbero corrispondere. Grumiller decise di vedere se una caratteristica chiave della meccanica quantistica – l’ entanglement quantistico – potesse essere replicata usando la teoria gravitazionale.

Quando due particelle quantiche sono intrappolate, non possono essere descritte individualmente, ma invece formano un singolo “oggetto” quantico, anche se sono molto distanti. C’è una misura che descrive quanto è impigliato un sistema quantistico, noto come “entropia dell’entanglement”. Dopo diversi anni di lavoro, Grumiller ei suoi colleghi sono riusciti a dimostrare che questa entropia assume esattamente lo stesso valore quando calcolata in teoria gravitazionale e teoria dei campi quantici per spazi come il nostro universo.

“Questo calcolo afferma la nostra ipotesi che il principio olografico può essere realizzato anche in spazi piatti”, ha detto Riegler in un comunicato stampa . “È la prova della validità di questa corrispondenza nel nostro universo.”

Lo scienziato Fermilab Aaron Chou, a sinistra, e lo studente universitario Vanderbilt University Brittany Kamai controllano il dispositivo Holometer usato per verificare se l’universo è un ologramma 2D. Immagine: Fermilab

Se il principio olografico descrive effettivamente il nostro universo, potrebbe aiutare a risolvere molte incongruenze tra la fisica relativistica e la fisica quantistica, incluso il paradosso delle informazioni sul buco nero. Offrirebbe inoltre ai ricercatori un modo per risolvere alcuni problemi quantistici molto difficili usando equazioni gravitazionali relativamente semplici. Ma prima di poter essere sicuri di vivere in Matrix, c’è ancora molto lavoro da fare.

“Abbiamo fatto questo calcolo utilizzando la teoria gravitazionale 3D e la teoria dei campi quantici 2D, ma l’universo ha in realtà tre dimensioni spaziali più il tempo”, ha detto Grumiller. “Un passo successivo è generalizzare queste considerazioni per includere una dimensione superiore e ci sono anche molte altre quantità che dovrebbero corrispondere tra la teoria gravitazionale e la teoria dei campi quantistici, e l’esame di queste corrispondenze è un lavoro in corso”.

Al di là delle considerazioni teoriche, c’è la questione completamente diversa di ritrarre l’illusione e osservare sperimentalmente la natura olografica della realtà. Come succede, i fisici del Fermilab del Dipartimento dell’energia stanno ora cercando di fare proprio questo.

Come riportato dalla Motherboard l’anno scorso , il direttore del centro per il particolato astrofisico di Craig Hogan ha recentemente affermato che il nostro mondo macroscopico è come un “display video a quattro dimensioni” creato da pixel di informazioni subatomiche da 10 trilioni di miliardi di volte più piccoli degli atomi. Ai nostri occhi macroscopici, tutto ciò che ci circonda appare tridimensionale. Ma proprio come spostare il tuo viso verso lo schermo TV farà sì che i pixel vengano messi a fuoco, se fissiamo abbastanza profondamente la materia su un livello subatomico, la bitmap del nostro universo olografico potrebbe rivelarsi.

Come ha spiegato Hogan a Jason Koebler di Motherboard, se viviamo davvero in un ologramma, “l’effetto di base è che la realtà ha una quantità limitata di informazioni, come un film Netflix quando Comcast non ti dà abbastanza larghezza di banda. e nervoso, niente si ferma mai, ma si muove sempre un po ‘”.

La sfocatura della larghezza di banda della realtà, se vuoi, è esattamente ciò che il laboratorio di Hogan sta cercando di misurare, usando uno strumento chiamato Holometer, che è fondamentalmente un puntatore laser veramente grande e potente.

“Stiamo specificatamente cercando di stabilire se esiste un limite alla precisione con cui possiamo misurare le posizioni relative di oggetti di grandi dimensioni”, mi ha detto in un messaggio il ricercatore postdottorato Robert Lanza. “Questo rappresenterebbe un limite fondamentale nelle informazioni effettive che l’universo memorizza”.

Vista dall’alto dell’olometro, lo strumento che determinerà se viviamo in un ologramma gigante.

L’esperimento attuale che decifrerà questo comporta la misurazione delle posizioni relative di grandi specchi separati da 40 metri, utilizzando due interferometri laser Michelson con una precisione 1 miliardo di volte inferiore a un atomo. Se, come in base all’ipotesi del rumore olografico, le informazioni sulle posizioni dei due specchi sono finite, i ricercatori dovrebbero infine raggiungere un limite nella loro capacità di risolvere le rispettive posizioni.

“Cosa succede allora?” Disse Lanza. “Ci aspettiamo di misurare semplicemente il rumore, come se le posizioni dell’ottica stessero danzando, non in grado di essere appuntate con maggiore precisione. Quindi, alla fine, la firma sperimentale che stiamo cercando è un rumore irriducibile dovuto all’universo in realtà non memorizza più informazioni sulle posizioni degli specchi. ”

Il team sta attualmente raccogliendo e analizzando i dati e prevede di avere i primi risultati entro la fine dell’anno. Lanza mi ha detto che sono incoraggiati dal fatto che i loro strumenti hanno raggiunto di gran lunga la migliore sensibilità di sempre alle onde gravitazionali alle alte frequenze.

“La fisica delle onde gravitazionali non è correlata al rumore olografico, tuttavia, i risultati delle onde gravitazionali dimostrano che il nostro strumento sta operando alla massima qualità scientifica, e ora siamo pronti a scavare sperimentalmente nella scienza del rumore olografico”, ha detto Lanza.

Quindi, sembra che per ora dovremo aspettare che i fisici facciano la matematica difficile e girino i laser per dirci se le nostre vite sono solo un’illusione molto sofisticata. Nel frattempo, la grande domanda sulla mia mente è, come diamine, una rivelazione del genere ci riguarda?

“Questa conoscenza non avrà alcun impatto sulla nostra vita quotidiana, nello stesso modo in cui conoscere il Big Bang o altre galassie non cambia la nostra vita quotidiana”, ha detto Grumiller.

“Ma allo stesso modo che sapere che l’universo è iniziato con un Big Bang ha cambiato profondamente la nostra visione dell’universo, sapere che l’universo è come un grande ologramma è una profonda intuizione.”

Lanza è d’accordo. “Ci obbligherebbe a modificare fondamentalmente la nostra percezione della realtà, in un modo che molti di noi, me compreso, avrebbero difficoltà a mettere le mani in testa”, ha detto.

In effetti, è una sorta di untethers completamente la definizione di “simulazione”. Se noi stiamo vivendo in un ologramma gigantesco, possiamo davvero dire che tutti i mondi sim e MMO che abbiamo costruito, non sono reali come i pianeti del nostro universo, ammassi stellari e galassie, i quali riducono a punti quantici su una cosmica bitmap?

Forse l’unica cosa che possiamo dire con certezza è questa: se il nostro universo è una simulazione, probabilmente è il più vicino a quello perfetto che possiamo mai sperare di ottenere.

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