La teoria dell’informazione ci fa fare un passo in avanti verso una migliore comprensione della gravità quantistica
La teoria dell’informazione, la disciplina scientifica che sorregge il nostro mondo in rete di archiviazione e comunicazione digitali mediate attraverso Internet, computer e smartphone, sta adesso iniziando a influenzare la fisica. Considerati come vettori di informazioni, i sistemi fisici e le loro interazioni possono essere adesso esaminati e compresi con nuove prospettive. Il progetto Space-Time from Info, finanziato dall’UE, ha applicato la teoria dell’informazione per iniziare a sviluppare un nuovo paradigma che valuta la struttura dello spaziotempo come se emergesse da flussi di informazioni tra i suoi microscopici componenti. Avventure nello spaziotempo Il progetto Space-Time from Info ha adottato quale suo punto di partenza l’idea che la micro architettura dell’Universo, come una rete di sistemi fisici può, in un’analogia approssimativa, essere confrontata con i meccanismi di Internet. Il progetto intendeva migliorare la nostra comprensione della gravità quantistica, spiegare le strutture su grande scala conosciute che vediamo attorno a noi (come per esempio sistemi planetari, galassie e il cosmo) come fenomeni collettivi che emergono da processi di scambio di informazioni nella microrete. Spiegando l’unicità dell’approccio, il coordinatore del progetto, il professor Caslav Brukner, afferma: «La prospettiva più tradizionale è quella dove lo spaziotempo viene prima e poi si considera quale tipo di flusso di informazioni sia possibile al suo interno. L’idea alla base è che fondamentalmente non si possa considerare l’uno senza l’altro; in un certo senso, essi potrebbero coincidere». La gravità quantistica intende descrivere come la struttura dello spaziotempo che vediamo attorno a noi sulle grandi scale del nostro universo, ben descritta dalla relatività generale, non sia essa stessa fondamentale, ma emerga piuttosto solo come un limite speciale di una teoria quantistica dello spaziotempo. Come spiega il dottor Philipp Höhn, ricercatore capo e borsista Marie Curie, «Questo è comparabile a come la classica fisica meccanica emerga come il limite classico della meccanica quantistica. Per spiegarlo in modo semplice: nonostante un pallone da calcio sia composto da molti sistemi quantistici sotto forma di atomi, esso di per sé può essere descritto dalle classiche leggi newtoniane del moto». Il progetto ha sfruttato il sistema quantistico più elementare, il qubit, e il fatto che sia possibile codificare qualsiasi direzione spaziale dello spazio reale in cui viviamo, all’interno dello stato quantico di un qubit. Questo è possibile solo perché sia lo spazio reale sia lo spazio di stato del qubit sono tridimensionali. Come spiega meglio il dottor Höhn, «In questa maniera, distanti osservatori o agenti possono comunicare informazioni direzionali complete, ad esempio per sincronizzare i loro quadri di riferimento, utilizzando i sistemi quantistici più elementari come vettori di informazioni». Lo sfruttamento di questa osservazione ha permesso ai ricercatori di ricavare la struttura dello spaziotempo dalla comunicazione di sistemi quantistici tra agenti che non erano mai stati manifesti prima. Ciò che rende tutto questo sorprendente è che la ricerca è andata avanti senza presupporre nessuna particolare struttura dello spaziotempo all’inizio. Rimodellare la nostra stessa comprensione di spazio e tempo L’idea fondamentale alla base del progetto era che mentre la struttura dello spaziotempo mette delle limitazioni riguardanti a come i processi della teoria dell’informazione possono essere fisicamente implementati, nel verso contrario le proprietà informative (per esempio la stessa fattibilità di alcuni compiti comunicativi) possono ugualmente imporre limitazioni sulla struttura dello spaziotempo. Il progetto ha creato una tabella di marcia per un approccio informativo di rete alla gravità quantistica che ben si adatta ai recenti sviluppi all’interno della comunità della fisica delle alte energie. Come spiega il dottor Höhn, «In particolare, si suggerisce di utilizzare la forza di correlazione tra sottosistemi quantistici per ricavare un concetto di distanza e quindi di geometria. Questo si basa sull'osservazione che, in determinate condizioni, quante più informazioni i sistemi hanno gli uni sugli altri, e tanto più vicini essi sono». Anche se non ci sono applicazioni pratiche immediate del progetto, esso fa parte degli sforzi di ricerca fondamentale che hanno il potenziale di rimodellare la nostra stessa comprensione dello spazio e del tempo, e in sostanza del nostro Universo.
Parole chiave
Space-time from Info, gravità quantistica, relatività generale, teoria dell’informazione, rete, qubit, geometria, Universo
