Dove hanno origine il tempo e lo spazio? | Scienze

Introduzione alla traduzione

Spazio-tempo è un termine emerso dalla teoria della relatività di Albert Einstein e significa il tessuto dello spazio in cui spazio e tempo si intrecciano in un’unica rete. Per approssimazione, è come un’enorme rete da pesca di gomma tesa. Non appena vi viene messo sopra qualcosa di pesante, si piega a causa del suo peso. La teoria della relatività dimostra che ciò accade in realtà a causa della presenza di massa in essi. Man mano che la massa di una stella aumenta, ad esempio, più ti avvicini significa che il tempo rallenterà per te.

Dopo Einstein, gli scienziati hanno voluto esplorare la struttura di base dello spazio-tempo stesso: come è nato e da cosa è composto? In questo breve articolo di New Scientist, Mike Brooks presenta alcune delle teorie che tentano di comprendere la struttura fondamentale dell’universo.

Testo di traduzione

Tendiamo a pensare allo spazio-tempo come alla struttura base dell’universo. Ma se ciò sia reale o se lo spazio-tempo emerga da qualcosa di più profondo è una questione che tiene svegli la notte. “Non è solo una questione filosofica di cui discutere davanti a una birra, è in realtà qualcosa che entra nei processi matematici che le persone eseguono su questa scala”, afferma Marika Taylor dell’Università di Birmingham nel Regno Unito.

Per capirlo, il punto migliore da cui partire è la meccanica quantistica, che descrive il comportamento delle particelle subatomiche. È noto che uno dei principi fondamentali di questa teoria è che le connessioni tra le particelle possono andare oltre i nostri consueti concetti di spazio e tempo. Ciò avviene attraverso un fenomeno chiamato entanglement quantistico, in cui le particelle possono influenzare le proprietà reciproche anche quando sono separate da metà dell’universo!

I cosmologi ora accettano che l’entanglement sia strettamente legato all’emergere dello spazio stesso. Se conosciamo il grado di entanglement tra due particelle quantistiche, possiamo dedurre la distanza tra loro. Quindi, se lo calcoli in termini di un reticolo di molte particelle, inizi a formare una geometria da cui può emergere ciò che chiamiamo “spazio”. Forse lo spazio emergerà allora dall’entanglement quantistico.

Inoltre, i progressi nella teoria delle stringhe, candidata a diventare la “teoria del tutto”, affermano che ciò che accade all’interno dello spazio può essere completamente descritto dai dati all’esterno di quello spazio, o più chiaramente “dai confini di quello spazio”, un fenomeno noto come In nome del “dualismo olografico”, e combinando questo con l’entanglement quantistico, si può comprendere la costruzione di un universo spaziale che presenta distanze tra gli oggetti e geometria dello spazio.

Spyridon Michalakis, fisico matematico del California Institute of Technology, ha lavorato con Sean Carroll della Johns Hopkins University nel Maryland e Charles Kao della Virginia Tech per costruire un’interessante spiegazione delle origini dello spaziotempo.

Secondo le loro scoperte, l’entanglement tra particelle ai confini dello spazio-tempo porta all’emergere di una certa “distanza”, e le distanze di entanglement vengono tradotte in “geodetica” (cioè i percorsi che le particelle seguono mentre si muovono attraverso l’universo ). Questa geodesia costruisce una geometria dello spazio-tempo, simile alla geometria curva che dice la Teoria Generale della Relatività di Albert Einstein. È alla base della gravità.

“L’entanglement si trasforma in curvatura, e questa curvatura può essere pensata come la geometria dello spazio”, dice Michalakis.

Ma questo non risponde alla domanda fondamentale. Dire che lo spazio e il tempo nascono dalla superficie di confine dello spazio significa collocare la questione in un’altra area e niente di più. Taylor dice: “Non abbiamo spiegato la ragione dell’esistenza dello spazio il senso profondo”.

Domanda diversa

La risposta potrebbe essere qualcosa di completamente diverso. Questo è certamente quello che pensa Chiara Marlitto dell’Università di Oxford. Sta lavorando con il collega della stessa università, David Deutsch, e altri alla “teoria costruttiva”, che mira a esprimere le leggi della fisica in modo diverso in base alle possibili trasformazioni del sistema fisico, oltre a fondere tutti i dati disponibili in quantità di informazioni.

Poiché l’universo sembra funzionare come una sorta di processore di informazioni (come i processori dei computer), il costruttivismo cerca una visione basata sull’informazione delle origini dello spazio. “Vorremmo dire che il tempo non è affatto fondamentale in questo universo, e nemmeno lo spazio-tempo è fondamentale”, dice Marlito. Tuttavia, tali idee sono ancora in fase di implementazione.

Taylor afferma che una comprensione più profonda dello spazio-tempo arriverà attraverso lo studio dei fenomeni cosmici, come i buchi neri e la singolarità al centro di ciascuno di essi. “L’intera idea dello spazio-tempo crolla lì, e capire come crolla è strettamente legato alla questione di come sia nato”, aggiunge “Sappiamo che le cose vanno pazze. Una volta noi capirlo, possiamo capovolgere l’immagine e vedere come appaiono effettivamente le tre dimensioni spaziali.”