Noi non siamo altro che ologrammi di uno spazio-tempo granulare

La natura procede a salti ed è fatta di salti. La continuità è solo un comodo  espediente per semplificare la spiegazione di ciò che accade. Quando disegniamo qualcosa oppure quando vediamo la tv, se ci avviciniamo possiamo scorgere che quello che abbiamo visto o disegnato è in realtà una sequenza di punti. Tutto è quantizzato, fatto di parti discrete e non ulteriormente divisibili. E queste parti non possono stare ferme o meglio se ne fermo alcune, altre loro caratteristiche scappano via. 

Ci sono quindi dei limiti invalicabili alla conoscenza completa del mondo, non posso conoscere tutto. Inoltre la conoscenza che posso avere dipende fondamentalmente dall'interazione che ho, dalla relazione che ho, con le cose. Senza relazione non posso dire che esistano le cose, nessuno mi autorizza a farlo.

Ulteriore considerazione. Quando descrivo dei fenomeni, di qualunque natura essi siano, noto che sono inseriti in un contesto. Tutta la storia umana, non solo della scienza (pensiamo alla politica!), ha sempre inserito, anche implicitamente,  ciò che accade in un sottofondo, come un palcoscenico in cui recitano degli attori. Anche le più recenti conquiste o teorie scientifiche, come la meccanica quantistica o la teoria delle stringhe, tengono conto di un sottofondo, background, dato per scontato ed "esterno" alle teorie. In altre parole, descrivo un fatto supponendo che il contesto sia dato e sostanzialmente immutabile.

La teoria generale della reltività di Einstein, invece, è il tentativo, riuscito , ma cercherò di spegare dopo, quasi riuscito, di strutturare un qualcosa di indipendente dal sottofondo, in cui cioè anche il sottofondo fa parte della rappresentazione, del luogo specifico in cui accadono i fenomeni. Parte integrante ed interagente, non passiva, inerte. E la nuova fisica deve muoversi così: indipendenza dal background (si chiama covarianza) e pure indipendente dal particolare sistema di coordinate che uso (diffeomorfismo). La nuova teoria deve gestire solo le relazioni tra gli elementi interagenti, che generano sia l'evoluzione dei fenomeni che il luogo in cui si svolgono. Le relazioni generano l'esistenza stessa delle cose. 

Come accennavo, la teoria della relatività generale spiega molto bene i fenomeni gravitazionali su media e larga scala. E lo fa ipotizzando che la forza di gravità è un effetto della curvatura geometrica dello spazio-tempo. Le masse curvano tale spazio-tempo e la curvatura determina le traiettorie delle masse stesse, in un continuo ed incessante balletto. Tale teoria però presuppone che lo spazio-tempo sia continuo e tale caratteristica porta alla perdita di significato della teoria stessa quando tratta di masse molto grandi concentrate in uno spazio molto piccolo (buchi neri). Le grandezze in gioco, come le masse ed i volumi, divergono: o infinite o infinitamente piccole. Affiorano inoltre dei paradossi, come la perdita totale delle informazioni che cadono dentro un buco nero, cosa reputata impossibile. Tentare di risolvere tali limiti è lo sforzo di tutto un settore della fisica che si occupa di fondere la relatività generale con l'altra teoria della natura, la meccanica quantistica, che ha un approccio con gli infiniti meno traumatico. E come si cerca di farlo?

Anche lo spazio ed il tempo sono quantizzati, granulari. Lo spazio cioè è suddivisibile fino ad un certo punto, che si chiama lunghezza di Plank, pari a qualcosa come 1,6 10^-35 metri. E' un valore molto piccolo. Se un protone fosse grande come il sole, tale distanza sarebbe meno di un millimetro, ma è pur sempre  diversa da 0. La meccanica quantistica impone tale limite: se ci fosse un valore minore tutto l'universo, tutte le particelle in esso contenute, collasserebbero in un buco nero. 

La lunghezza di Plank determina la superfice ed il volume di Plank basta farne il quadrato o il cubo). Lo spazio-tempo è cioè una sorta di reticolo, di "cubetti" piccolissimi che riempiono tutto l'universo ed in cui sono collocate e si muovono tutte le masse. Tale reticolo, a sua volta, sempre per le leggi della meccanica quantistica (principio di indeterminazione di Heisemberg), non può stare fermo ma si agita, si deforma, è più simile alla schiuma da barba che  ad una rete. Al vertici di tale reticolo sono collocati gli atomi di spazio.  I fisici lo chiamano "schiuma di spin". Nella figura in alto è rappresentata una simulazione di tale "spin foam". La parola spin sottintende che sono strutture orientate e quindi capaci potenzialmente di possedere una qualche informazione, cosa che ci potrà tornare utile in seguito.
Questa impossibilità di star fermi e quindi di stare sempre in interaziore reciproca, deformandosi, allargandosi, stirandosi dipende dal fatto che anche gli atomi di spazio obbediscono, appunto, al principio di indeterminazione di Heisemberg, uno dei pilastri della meccanica quantistica. Tale principio stabilisce, oltre alla impossibilità di avere misure precise contamporanee della posizione e della velocità delle particelle, anche l'impossibilità di misurarne la loro energia con precisione. Sono fatti acclarati, strani e non intuitivi, ma senza di esso non funzionerebbero i cellulari. Questa indeterminazione dell'energia, in questo caso degli atomi di spazio, come vedremo, ha ripercussioni fondamentali nell'evoluzione di tutto l'universo. Facciamo prima una premessa terminologica; la differenza tra vuoto e niente. Il vuoto è lo spazio senza materia. Il niente è ciò che sta tra gli atomi di spazio. Le interazioni fondamentali della natura, forte, debole ed elettromagnetica si hanno anche nel vuoto, mentre gli atomi di spazio non hanno bisogno di nulla per interagire. Lo spazio è granulare. Strano, no?

Detto questo, l'indeterminazione sull'energia dei quanti di spazio può determinare che lo spazio possa acquistare un'energia diversa da 0 ed anche esercitare una pressione. Da qui può derivare una caratteristica misurata dello spazio vuoto: la costante cosmologica, una pressione espansiva molto bassa ma capace di spingere l'universo ad espandersi in modo accellerato. La storia della costante cosmologica è una corsa ad ostacoli, via via superati. La quantizzazione dello spazio cioè può essere la spiegazione della sua pressione intrinseca, non gli effetti quantomeccanici della materia, che porterebbero a previsioni assurde sul valore della costante cosmologica Λ. Se volete approfondire cosa sia il vuoto fisico e che proprietà possiede potete dare uno sguardo a questo video cosa è il vuoto quantistico .  Attenzione, però! Anche se appare tutto strano ed esoterico, dobbiamo tener presente che le caratteristiche del vuoto attuali sono comunque un fatto standard e consolidato. Qui si cerca di fare uno step in più, piuttosto temerario.  vediamo come. 
A questo punto possiamo

 fare un'ipotesi sulla gravità. Quante volte abbiamo visto un'immagine del genere? Masse che distorcono la struttura geometrica dello spazio-tempo come palle su una rete elastica? ma cosa è questa rete? Possiamo dare una possibile risposta: è il reticolo degli atomi di spazio che viene distrurbato dalla presenza della materia. Lo spazio si deforma e quindi  le traiettorie di tutti gli oggetti si deformano, compreso la luce che lo attraversa. Le traiettorie naturali degli oggetti seguono le deformazioni del reticolo e si incurvano; ecco l'affioramento della gravità.

Bordi.

Fino a questo punto abbiamo trattato lo spazio e la materia in esso contenuta in modo diverso: sono pur sempre entità distinte anche se la teoria quantistica della gravità è indipendente dal background. Essa va intesa sempre nel senso che "la materia incurva lo spazio-tempo e la curavatura dice alla materia come muoversi". Ma qui entrano in gioco Archibald Wheeler, Steven Hawking e Bekenstein. I loro lavori sulla entropia dei buchi neri (il fatto che tale entropia sia proporzionale alla superficie dell'orizzonte degli eventi)  possono gettare una luce nuova, direi rivoluzionaria, su come può essere fatto ciò che esiste ad una scala più profonda. L'entropia dell'universo si può pensare "mappata" sul suo bordo ( si veda pure un mio precedente articolo ( https://www.giamod.it/nuova/index.php/84-fisica-e-dintorni/163-bit-dell-universo ) che dà il via al concetto di universo olografico, tramite il quale possiamo concepire il nostro modo descritto completamente dai bits (qbits) immagazzinati nel bordo che lo circonda. Ma osserviamo che non è necessario pensare ad un bordo universale tassellato di celle della dimensione di aree di Plank: ogni bordo che circonda qualunque cosa presente nel nostro universo contiene le informazioni necessarie e sufficienti per descrivere cosa c'è dentro di esso. Ed allora: se la schiuma di spin nel suo eterno cambiare forma per gli effetti quantistici che la governano di "corrugasse" in una forma chiusa, in un bordo, appunto, cosa accadrebbe?
Si creerebbe una massa! Le masse non sono altro che bordi di una struttura granulare chiusa dello spazio tempo. La massa non è più qualcosa di esterno allo spazio, ma è lo spazio stesso non piatto ma chiuso in bolle . Tali bolle possono avere energia e/o struttura sufficiente per essere stabili ed allora generano materia sufficientemente stabile (protoni, elettroni, neutroni , quarks) oppure rompersi generando materia instabile. Un bordo può racchiudere uno o altri  bordi, creando strutture  via via più grandi. L'informazione diviene sempre più ricca e complessa arrivando a rappresentare qualunque cosa presente nell'universo, come una immensa matrioska fatta di pura informazione, capace anche di fare questo: osservare se stessa e studiarla (cioè, noi).

In più, se osserviamo la figura a lato, ed applicando una delle proprietà degli ologrammi, il fatto cioè che qualunque sua porzione contenga le informazioni di tutto l'ologramma, possiamo in qualche modo dedurre che cose anche molto lontane nel mondo tridimensionale siano in realtà vicinissime sul bordo, separate cioè da pochissimi atomi di spazio. Sulla superficie cioè scompare la distanza macroscopica. Ecco spiegata la non località della meccanica quantistica: oggetti apparentemente lontanissimi in realtà possono esere vicinissimi. ecco spiegato l'entanglement.

Cioè, in altre parole, tutto l'universo non è altro che l'emergere di pura e semplice informazione.

Come è strano il mondo. Non ha niente a che vedere con ciò che appare. Omaggio a Rovelli.

...

Tweet

Riflessioni sul libro del fisico Lee Smolin "La rivoluzione incompiuta di Einstein", letto durante la prima pandemia.

Tweet

Non so da dove cominciare. Forse dalla domanda fondamentale (per me, per lo meno): perchè viviamo?
Siamo il risultato dell'evoluzione delle specie viventi. Quello che forse ci contraddistingue è la capacità di modificare il mondo usando non solo noi, ma il mondo stesso, ciò che non fanno, se non in modo molto semplice e limitato, altre specie. Costruiamo cose, usiamo cose, e, soprattutto, costruiamo teorie e modelli del mondo.
Ci dotiamo di una serie di interfacce verso l'ambiente esterno a noi. Sono necessarie per mediare il nostro modo di interagire, che altrimenti sarebbe identico a quello degli animali o delle piante, proprio per la nostra capacità di elaborare modelli astratti. Quindi i nostri processi "standard" si basano sulla catena uomo-modello-decisioni-attuazioni, in un loop senza fine, nel senso che ciò che facciamo ci riposta sempre all'inizio, avendo modificato le condizioni di partenza.
Abbiamo elaborato nel tempo una complessa relazione con ciò che ci circonda: noi con noi , noi con la natura. E la nostra storia è la storia di questo equilibrio strano tra noi con noi stessi, noi con gli altri come noi, noi con la natura in cui viviamo.. Dobbiamo co-esistere con questi tre livelli di equilibrio.

Nella nostra storia ci siamo sforzati di lavorare per l'elaborazione di sistemi o techiche per affontare i tre equilibri e, pragmatici come siamo, abbiamo ridotto la complessità segmentando tali equilibri, cioè affrontandoli da soli o al massimo due alla volta. Tale pragmaticità ha anche un nome: riduzionismo. Pigliare una cosa e strudiarla per parti, supponendo tutto più semplice, poi, mettendole assieme, spiegare come funziona il tutto. Abbiamo inventato la psicanalisi (rapporto dell'io con l'io), la politica (rapporto tra gli esseri umani), l'ecologia, la fisica (rapporto tra gli umani e la natura). Trasversalmente abbiamo elaborato una serie di metodiche, linguaggi e processi per rendere il più possibilmente chiari e non equivoci gli scambi di informazioni: il metodo scientifico.

Qualche parola, con l'accetta, per i tre equilibri.

- la psicanalisi.
Con Freud, Jung, Adler alla fine dell'800 ed altri è stata studiata la nostra mente, pervenendo a una profonda analisi della sua struttura e delle sue malattie. L'aver disaggregato in io, es e superio la nostra mente, ha portato, secondo me, ad un primo approccio sull'importanza delle interazioni sociali nelle nostra formazione e nei nostri eventuali malesseri. Dà per scontato l'es, come mente ancestrale, che assieme al superes, frutto delle nostre interazioni sociali (da familiari ad allargate), determinano dinamicamente il nostro io. Il limite è che il superio è visto come rapporto con altri singoli, non visti come una società o un aggregato. Affiora, cioè il fenomeno delle variazioni di fase, il fatto cioè che i gruppi sociali, le società, hanno problematiche che non sono solo il frutto di sommatorie aritmetiche, ma hanno e danno problematiche nuove ed originali. Marcuse a metà 1900 cercò di approfondire questo fenomeno, affrontando, prima in eros e civiltà e poi nell'uomo ad una dimensione, cosa siamo in una società come la nostra. Si poneva il problema di affrontare due livelli di equilibrio. Già è uno sviluppo notevole.

- la politica.
Lo sviluppo dell'umanità nel suo complesso è segnato dalle sue strutture organizzative. Che si sono evolute dal branco, alle tribù, via via a strutturazioni sempre più complesse, che hanno anche elaborato i sistemi di scambio di valori e cose tra i suoi componenti. Ogni passaggio tra uno stadio all'altro è stato un passo in avanti, diminuendo storture ma introducendone altre. L'attuale fase è contraddistinta dal culmine del modello prevalente, quello capitalistico. Esso si è quasi totalmente finanziarizzato nel senso che preferisce la produzione di ricchezza dalla ricchezza stessa e non dalla produzione di beni. Il modello opposto, Il socialismo o il comunismo, hanno cercato di far tesoro delle premonizioni di Marx ed Engels, con alterno successo, devo dire. I motivi di tale fatto possono essere molteplici: accettare anche inconsciamente alcuni aspetti di quello capitalistico (ad es. il produttivismo , l'ambiente) ma anche disinteressarsi del primo equilibrio, cioè dell'uomo in quanto tale. Altro motivo di crisi di questo modello è che si è andato sviluppando in un sistema non isolato, nè isolabile: stati socialisti circondati da stati capitalisti, che scambiavano flussi di merci, persone ed ideologie. L'illusione che una buona proposta politica sia di per sè una buona proposta umana è una mera illusione. La politica viaggia con le persone, che la incarnano e quindi la determinano. In definitiva la politica, tutta, non tenendo conto delle singole persone e sfruttando l'ambiente come fonte infinita da cui trarre ricchezza, sta rivelando tutti i suoi limiti attuali.

- l'ambiente.
Le attività antropiche, cioè la presenza sempre più invadente dell'uomo nell'ambiente naturale, hanno portato l'ecosistema quasi al collasso. Già sappiamo che un sistema complesso lontano dal suo equilibrio si può riorganizzare in cluster, aggregati, che si autorganizzano, a scapito di quelli adiacenti. In più sappiamo anche che l'evoluzione di un sistema naturale è ben descritto dal darwinismo, che ci dà indicazione di quali specie possono prevalere sulle altre. Ciò in qualche modo spiega come il pianeta si "ribelli" ogni tanto, mettendo a dura prova la società umana.  E ci dice pure un'altra cosa: che ormai l'ambiente non è più una condizione al contorno, un serbatoio inesauribile di risorse e quindi spetta alla politica intervenire per salvare se stessa. Per salvare l'umanità, per salvare i singoli esseri.

Detto questo, mi pongo il problema di cosa sia "fondamentale" e cosa sia "emergente", mutuando due concetti dalla fisica. Per esempio, fondamentale è l'energia ma siccome non riesco ad inseguire l'energia di ogni singolo costituente della materia, invento il concetto di temperatura, che è una sorta di grande media delle singole energie. E' una grandezza che esprime i limiti della nostra conoscenza del mondo microscopico, ma è comoda da usare. E' una grandezza che emerge dalla nostra ignoranza. Addirittura ora, agli estremi confini della fisica, c'è dibattito di cosa sia emergente, tra spazio e tempo. Alcuni, come Rovelli, pensano che lo spazio quantizzato sia fondamentele, ed il tempo emergente, Smolin invece l'opposto!

Per me fondamentali sono i beni comuni, emergente tutto il resto. Ora dobbiamo definire cosa intendiamo per beni comuni. Inizio con una provocazione. Il lavoro non è un bene comune. E' emergente nello stabilire e regolare il nostro rapporto con gli altri, ma non necessariamente a determinare se siamo felici o ci sentiamo bene. Ecco, il bene comune è stare bene con se stessi, con gli altri e l'ambiente. Abbiamo sviluppato tutte queste nostre relazioni con  una serie di attività che che hanno reso possibile il controllo e lo sviluppo della società umana nel suo complesso. Alcune di queste sono gratuite, ad altre è stato attribuito un valore, cioè sono retribuite in vario modo. Il valore delle attività umane non è un fatto statico ed assoluto, ma dipendente da vari fattori come il tempo, il tempo della storia umana, e dai rapporti tra chi esegue l'attività e chi paga questa attività. In altre parole, il lavoro ed il suo valore dipendono dalla struttura sociale e dal suo rapporto col mondo esterno. Non per nulla abbiamo una enorme quantità di filosofi, economisti, sociologi che si sono occupati di questo fatto, dagli albori della storia fino ad ora. La situazione attuale è che il lavoro è, per dirla con Marx, un lavoro alienato, in cui colui che lo fa non è proprietario dei propri strumenti di produzione, (se non forse le prostitute!) e la retribuzione conseguente è solo parte del valore creato. Cioè c'è qualcun altro che si appropria della rimanente parte. Si è reso intoccabile tale modello, con i risultati estremi che oggi osserviamo deflagrare. Il lavoro è ormai assimilabile ad un gas, si comprime, espande, si diffonde. Svapora da una zona, si condensa in un'altra. Và dove costa meno, sempre meno. E aumentano sempre più i plusvalori che esso produce, cioè sempre più ricchezza a chi ne è il padrone, sempre meno a chi lo fa. Il risultato è la famigerata forbice tra chi è sempre più ricco e chi, pur lavorando, è sempre più povero. Figuriamoci poi chi il lavoro non ce la. Quindi il modello attuale è: prelievo senza fine delle risorse naturali-trasformazione di esse in cose-distribuzione di queste cose, il tutto da parte di pochi che posseggono gli strumenti per fare questo ed i molti che materialmente realizzano questo processo. Se va bene! Ed ora c'è anche il fenomeno che la ricchezza viene prodotta esportando, sostanzialmente, la povertà mediante spostamento di ricchezza tout court, attaverso la finanza globale.
La ricchezza in tal modo accumulata è un fenomeno antropicamente e planetariamente distruttivo. Il suo accaparramento implica in primis la sottrazione al nostro pianeta di risorse non più rifondibili, in base alla termodinamica, e provoca la tendenziale distruzione dell'umanità stessa, che diventa sempre più la bruta sommatoria di infelicità esistenziali.
Il mondo che io prospetto è un mondo senza lavoro alienato, senza plusvalore, senza sfruttamento capitalistico. E' invece un mondo pieno di attività liberate dal giogo dello sfruttamento.
La privatizzazione degli strumenti di produzione ha hanche dei risvolti in ambiti collaterali, in altri beni comuni: la salute e l'istruzione. E' quasi del tutto inutile, a questo punto, approfondire questi aspetti, essendo quasi ovvii. Per vivere fisicamente abbiamo disogno di acqua ed aria, che ci vengono negate o sottratte. Per fivere scientemente abbiamo bisogno di conoscere la nostra storia ed il mondo attorno a noi. E la cultura viene resa accessibile praticamente sono a poche persone, anzi sono messe in pratica metodiche sistematiche di imbarbarimento.

Tweet

1) Combinare la relatività generale e la teoria quantistica in un'unica teoria che possa pretendere di essere la teoria completa della natura

2) Risolvere i problemi che riguardano i fondamenti della meccanica quantistica o comprendendo il senso della teoria nella sua formulazione attuale o inventando una nuova teoria che abbia senso.

3) Determinare se le varie particelle e forze si possono o meno unificare in una teoria che le spieghi tutte come manifestazioni di un'unica entità fondamentale.

4) Spiegare come sono scelti in natura i valori dei parametri liberi del modello standard della fisica delle particelle.

5) Spiegare la materia oscura e l'energia oscura.Oppure, se non esistono, determinare come e perchè la gravità si modifica a grandi sclale. Più in generale, spiegare perchè i i parametri del modello standard della cosmologia hanno il valore che hanno

Ringrazio Lee Smolin.

Tweet