Rod Serling sapeva tutto sulle dimensioni.
La sua Twilight Zone era una dimensione dell’immaginazione, una dimensione della vista, del suono e della mente, una dimensione vasta come lo spazio e senza tempo come l’infinito. Era tutto molto chiaro tranne che per la parte spazio e tempo, le dimensioni della vita reale. Serling non li ha mai spiegati.
Naturalmente, dal tempo di Einstein, gli scienziati si sono chiesti come dare un senso allo spazio e al tempo. Prima di allora, quasi tutti pensavano che Isaac Newton avesse capito tutto. Il tempo “scorre equamente senza relazione con qualcosa di esterno“, dichiarò. Lo spazio assoluto è la stessa cosa, “sempre simile e immobile“. Niente da vedere lì. Gli eventi della realtà fisica si svolgono indipendentemente su un palcoscenico neutro in cui gli attori si pavoneggiano e si agitano senza influenzare il resto del teatro.
Ma le teorie di Einstein trasformarono lo spazio e il tempo assoluti di Newton in un mash-up relativistico: le sue equazioni suggerivano uno spazio-tempo fuso, una nuova sorta di arena in cui i giocatori alteravano lo spazio del campo di gioco. Si trattò di un cambio delle regole del gioco nella fisica. Lo spazio e il tempo non erano più uno sfondo informale per materia ed energia.
Precedentemente indipendenti e uniformi, lo spazio e il tempo sono diventati inseparabili e variabili. E come Einstein dimostrò nella sua teoria generale della relatività, la materia e l’energia deformano lo spazio-tempo che li circondano.
Questa semplice (!) Verità ha spiegato la gravità. L’apparente forza di attrazione di Newton divenne un’illusione perpetrata dalla geometria dello spaziotempo. È la forma dello spaziotempo a dettare il movimento dei corpi massicci, una giustizia simmetrica poiché corpi enormi determinano la forma dello spazio-tempo.
Gli studi sullo spazio anti de Sitter suggeriscono, per esempio, che la matematica che descrive la gravità (cioè la geometria dello spaziotempo) può essere equivalente alla matematica della fisica quantistica in uno spazio definito da una dimensione in meno.
Pensiamo a un ologramma: una superficie piatta bidimensionale che incorpora un’immagine tridimensionale. In modo simile, forse la geometria quadridimensionale dello spaziotempo potrebbe essere codificata nella matematica della fisica quantistica che opera in tre dimensioni. O forse sono necessarie più dimensioni; quante dimensioni sono necessarie è parte del problema da risolvere.
In ogni caso, indagini lungo queste linee hanno rivelato una possibilità sorprendente: lo stesso spazio-tempo può essere generato dalla fisica quantistica, in particolare dal fenomeno sconcertante noto come entanglement quantistico.
Come spiegato diffusamente, l’entanglement è una connessione “spettrale” che collega particelle separate anche da grandi distanze. Se emesse da una fonte comune, queste particelle restano connesse tra loro indipendentemente da quanto lontano si trovino l’una dall’altra. Se si misura una proprietà (come lo spin o la polarizzazione) per una di esse, il risultato della stessa misura sarà uguale anche per l’altra. Ma prima della misurazione, quelle proprietà non sono già determinate, un fatto controintuitivo verificato da molti esperimenti. Sembra che la misurazione in un punto determini quale sarà la misurazione in un’altra posizione distante.
Almeno questa è la proposta che l’attuale ricerca sui modelli degli universi in miniatura ha ispirato. “L’emergere dello spazio-tempo e della gravità è un fenomeno misterioso della fisica quantistica di molti corpi che vorremmo capire“, suggerisce Swingle nel suo documento di revisione annuale. Lo sforzo di molti fisici di alto livello ha prodotto prove teoriche che reti di stati quantici intrappolati intrecciano il tessuto dello spaziotempo.
Questi stati quantistici sono spesso descritti come “qubit“, bit di informazioni quantistiche (come bit di computer ordinari, ma esistenti in un mix di 1 e 0, non semplicemente 1 o 0). I qubit entangled creano reti con la geometria nello spazio con una dimensione extra oltre il numero di dimensioni in cui i qubit vivono. Quindi la fisica quantistica dei qubit può essere equiparata alla geometria di uno spazio con una dimensione extra.
Meglio ancora, la geometria creata dai qubit entangled può benissimo obbedire alle equazioni della relatività generale di Einstein che descrivono il movimento dovuto alla gravità – almeno secondo le ultime ricerche in quella direzione. “Apparentemente, una geometria con le giuste proprietà costruite dall’entanglement deve obbedire alle equazioni gravitazionali del moto“, scrive Swingle. “Questo risultato giustifica ulteriormente l’affermazione che lo spazio-tempo nasce dall’entanglement“.
Tuttavia, resta da dimostrare che gli indizi trovati negli universi in miniatura con dimensioni extra porteranno alla storia vera per lo spazio-tempo ordinario in cui i fisici reali si trovano.
Nessuno capisce davvero esattamente quali processi quantistici nel mondo reale siano responsabili della tessitura del tessuto dello spaziotempo. Forse alcune delle ipotesi fatte finora nei calcoli si riveleranno errate.
Ma potrebbe anche essere che la fisica stia per scrutare più profondamente nelle fondamenta della natura come mai prima d’ora, in un’esistenza che contiene dimensioni dello spazio e del tempo (o vista e suono) precedentemente sconosciute che potrebbero trasformarsi nella The Twilight Zone di un Reality TV.
