A caccia del codice sorgente dell'universo

Pasterski è una fisica teorica delle alte energie presso il Perimeter Institute for Theoretical Physics ed è una delle poche persone al mondo in grado di orientarsi nel campo minato matematico noto come gravità quantistica. Il suo obiettivo è quello che definisce il "codice sorgente dell'universo". Si tratta della ricerca definitiva di un file principale: un insieme di regole unico e coerente che spieghi perché le stelle rimangono nelle loro galassie mentre le particelle subatomiche si comportano come spettri pieni di caffeina. Attualmente, le nostre migliori descrizioni della realtà sono scritte in due linguaggi diversi e incompatibili, e i fisici stanno iniziando a sospettare che l'unico modo per conciliarli sia ammettere che il mondo tridimensionale in cui viviamo sia in realtà una proiezione sofisticata.

Non si tratta di una teoria del complotto sul vivere in una simulazione al computer, sebbene la terminologia spesso si sovrapponga. Si tratta invece di un rigoroso tentativo matematico di risolvere un paradosso che ha messo in imbarazzo le menti più brillanti della scienza per un secolo. La relatività generale, il capolavoro di Einstein, spiega la gravità e le grandi strutture: pianeti, buchi neri ed espansione del cosmo. La meccanica quantistica spiega le cose minuscole: elettroni, fotoni e le stranezze del regno subatomico. Il problema è che quando si cerca di usare entrambe contemporaneamente, la matematica va in tilt. È come cercare di eseguire un gioco per PlayStation 5 su una calcolatrice degli anni '80. Il sistema operativo dell'universo si blocca ai margini e i teorici sono alla ricerca di una patch.

Il glitch nella macchina della gravità

La fisica è attualmente piena di contraddizioni che suggeriscono che la nostra comprensione dello spazio e del tempo sia solo una rozza approssimazione di qualcosa di più profondo. Uno dei "bug" più famosi del sistema è il paradosso dell'informazione dei buchi neri. Secondo la relatività generale, tutto ciò che cade in un buco nero è perso per sempre, schiacciato in una singolarità. Ma secondo la meccanica quantistica, l'informazione non può mai essere veramente distrutta. Se si getta un libro in un buco nero, l'informazione contenuta nella disposizione dei suoi atomi dovrebbe, in teoria, essere preservata. Quando un buco nero evapora attraverso la radiazione di Hawking, quell'informazione sembra svanire. Si tratta di un errore catastrofico nella logica dell'universo.

Pasterski e i suoi colleghi stanno lavorando a un framework chiamato olografia celeste per risolvere questo problema. L'idea si basa sul "principio olografico", che suggerisce che tutte le informazioni contenute all'interno di un volume di spazio possano essere descritte dai dati sul confine di tale spazio. Immaginate una lattina di zuppa. Tutte le informazioni sulla zuppa (la sua temperatura, il numero di carote, il contenuto di sale) potrebbero teoricamente essere scritte sull'etichetta bidimensionale avvolta intorno all'esterno. In quest'ottica, la nostra realtà 3D è solo il "bulk" (il volume), mentre il vero "codice" è scritto su una superficie 2D ai margini estremi dell'universo.

Perché l'Olimetro non è riuscito a trovare i pixel dello spazio

Se l'universo è una proiezione, allora lo spazio stesso dovrebbe avere una risoluzione. Proprio come una foto digitale diventa una griglia di pixel se si ingrandisce abbastanza, molti teorici credono che lo spazio-tempo non sia fluido, ma "granulare". Alla scala di Planck (la distanza più piccola possibile, circa 10 elevato alla meno 35 metri), il tessuto della realtà dovrebbe diventare granuloso. Nel 2015, i ricercatori del Fermilab hanno cercato di trovare questa granulosità usando un dispositivo chiamato Holometer. Si trattava di una coppia di massicci interferometri laser progettati per rilevare il "rumore olografico", un leggero tremolio dell'universo che dimostrerebbe che viviamo in una proiezione a bassa risoluzione.

L'esperimento è fallito. I laser sono rimasti stabili e non è stato rilevato alcun rumore olografico ai livelli di sensibilità testati. Per molti, questo è stato un duro colpo all'idea che viviamo in un ologramma letterale. Ma per teorici come Pasterski, il risultato non è stato un vicolo cieco, bensì un affinamento. Ha suggerito che il "codice sorgente" non sia semplice come uno schermo pixelato. La connessione tra il confine 2D e il volume 3D è più sottile. La mancanza di prove di un universo tremolante non ha smentito il principio olografico; ha solo dimostrato che l'universo non sta avendo un "glitch" nel modo specifico previsto da Craig Hogan e dal suo team al Fermilab.

Questa è la natura iterativa della caccia. Costruisci una macchina per trovare un errore specifico, non lo trovi e torni alla lavagna per capire perché il codice è più nascosto di quanto pensassi. La tensione rimane perché la matematica richiede comunque un'unificazione. Sappiamo che la materia oscura esiste, ad esempio, perché possiamo vedere la sua gravità che agisce sulle galassie, ma non abbiamo mai visto il "codice" della particella stessa. Stiamo osservando gli effetti di un software senza essere in grado di vedere le righe di testo che lo fanno funzionare.

Ridurre l'universo alle sue fondamenta

Quando Pasterski descrive il suo lavoro, spesso si riferisce ad esso come a un "puzzle esistenziale". C'è una certa ironia nel fatto che per comprendere l'immensità del cosmo, bisogna passare la vita a fissare un foglio di carta coperto di simboli greci e integrali di linea. Ma questo è l'unico modo per sondare ambienti che nessun essere umano o sonda visiterà mai. Non possiamo andare ai confini dell'universo e non possiamo sopravvivere al viaggio all'interno di un buco nero, ma possiamo costruire modelli matematici che rappresentano quegli estremi con una precisione terrificante.

Questo approccio richiede un livello di concentrazione che rasenta la meditazione. Pasterski parla di entrare in una mentalità in cui le equazioni di un universo semplificato a quattro dimensioni (tre di spazio, una di tempo) scorrono per ore finché il tempo stesso sembra scomparire. È un processo di rimozione dell'"interfaccia utente" della realtà (gli alberi, le persone, la luce) per trovare le variabili grezze sottostanti. Se riuscissimo a trovare il codice sorgente, non capiremmo solo come è iniziato l'universo; potremmo capire di cosa è fatto effettivamente al suo livello più fondamentale.

C'è anche la questione di cosa succederebbe se ci riuscissimo davvero. Nel corso della storia, ogni volta che abbiamo scoperto un nuovo strato del codice, abbiamo costruito un nuovo mondo. Comprendere le leggi della termodinamica ci ha dato la macchina a vapore. Comprendere l'elettrone ci ha dato il computer. Se comprendessimo il codice della gravità e della meccanica quantistica, le applicazioni ingegneristiche potrebbero superare qualsiasi cosa vista nella fantascienza. Non stiamo parlando solo di razzi migliori; stiamo parlando della capacità di manipolare il tessuto stesso dello spazio-tempo.

Il peso dell'eredità

La ricerca di una "Teoria del Tutto" ha l'abitudine di logorare le vite delle persone più brillanti del mondo. Einstein ha trascorso gli ultimi tre decenni della sua vita cercando di trovare una teoria del campo unificato, senza riuscirci. Stephen Hawking, che Pasterski ha incontrato famosamente unendosi a lui in un trenino durante un evento ad Harvard, ha passato la carriera a inseguire lo stesso fantasma. C'è un peso in questa eredità che può essere schiacciante, ma Pasterski sembra guardarlo con la stessa curiosità pragmatica che applicava al suo Cessna. È solo un altro problema difficile che deve essere risolto.

La comunità è profondamente collaborativa, anche se è minuscola. Poiché la matematica è così densa, il progresso avviene per incrementi. Un ricercatore trova un modo per descrivere un tipo specifico di interazione tra particelle su un piano 2D; un altro capisce come mappare ciò su un campo gravitazionale 3D. Lentamente, l'immagine inizia a risolversi. Sono come sviluppatori che lavorano a un enorme progetto open-source che va avanti da miliardi di anni, cercando di fare il reverse-engineering dell'intento del programmatore originale.