Wolfram sta tentando di fornire un'alternativa alla teoria delle stringhe. Lo fa attraverso un ramo della matematica chiamato teoria dei grafi, che studia gruppi di punti o nodi collegati da linee o bordi
Stephen Wolfram è una figura di culto in programmazione e matematica. È il cervello dietro Wolfram Alpha, un sito Web che cerca di rispondere alle domande utilizzando algoritmi per setacciare un enorme database di informazioni. È anche responsabile di Mathematica, un sistema informatico utilizzato dagli scienziati di tutto il mondo.
La scorsa settimana, Wolfram ha lanciato un nuovo progetto: il Wolfram Physics Project, un ambizioso tentativo di sviluppare una nuova fisica del nostro universo. La nuova fisica, dichiara , è computazionale. L’idea guida è che tutto può essere ridotto all’applicazione di semplici regole ai mattoni fondamentali.
Perché una “nuova fisica”?
Perché abbiamo bisogno di una tale teoria? Dopotutto, abbiamo già due teorie fisiche di straordinario successo. Si tratta della relatività generale – basata sulla gravità e sulla struttura su larga scala dell’universo – e della meccanica quantistica – una teoria che ci spiega i costituenti di base della materia, delle particelle subatomiche e delle loro interazioni.
In effetti, abbiamo una teoria eccellente su come funziona la gravità per oggetti di grandi dimensioni, come stelle, pianeti e persino persone, ma non capiamo come funziona la gravità con energie estremamente elevate o per le cose estremamente piccole.
La relatività generale “si rompe” quando proviamo ad estenderla al regno della meccanica quantistica. Ciò ha portato alla ricerca del santo graal della fisica: una teoria della gravità quantistica, che combinerebbe ciò che sappiamo dalla relatività generale con ciò che sappiamo dalla meccanica quantistica per produrre una teoria fisica completamente nuova.
L’attuale miglior approccio che abbiamo alla gravità quantistica è la teoria delle stringhe. Questa teoria continua ad essere sviluppata da circa 50 anni e, sebbene abbia ottenuto un certo successo, vi è una crescente insoddisfazione nei confronti del suo approccio.
Cosa c’è di differente nell’approccio di Wolfram?
Wolfram sta tentando di fornire un’alternativa alla teoria delle stringhe. Lo fa attraverso un ramo della matematica chiamato teoria dei grafi, che studia gruppi di punti o nodi collegati da linee o bordi.
Pensiamo ad una piattaforma di social network. Inizia con una persona: Betty. Successivamente, aggiungi una semplice regola: ogni persona aggiunge tre amici. Applica la regola a Betty: ora ha tre amici. Applica nuovamente la regola a ogni persona (inclusa quella con cui hai iniziato, vale a dire: Betty). Continua ad applicare la regola e, molto presto, la rete di amici forma un grafico complesso.
Nella teoria di Wolfram, l’applicazione di una semplice regola più volte crea una complessa rete di punti e connessioni. Samuel Baron
La proposta di Wolfram è che l’universo può essere modellato più o meno allo stesso modo. L’obiettivo della fisica, suggerisce, è di elaborare le regole a cui il grafico universale obbedisce.
La chiave del suo suggerimento è che un grafico adeguatamente complicato sembra una geometria. Ad esempio, immagina un cubo e un grafico che gli somiglia.
Allo stesso modo in cui una raccolta di punti e linee può approssimare un cubo solido, Wolfram sostiene che lo spazio stesso può essere una maglia che unisce una serie di nodi. Samuel Baron
Wolfram sostiene che i grafici estremamente complessi assomigliano a superfici e volumi: aggiungi abbastanza nodi e collegali con abbastanza linee e formi una specie di mesh. Secondo lui, lo spazio stesso può essere pensato come una maglia che unisce una serie di nodi in questo modo.
Cosa c’entra questo con la fisica?
In che modo complicate maglie di nodi possono aiutare nel progetto di riconciliazione della relatività generale e della meccanica quantistica? Bene, la teoria quantistica si occupa di oggetti discreti con proprietà discrete. La relatività generale, d’altra parte, tratta l’universo come un continuum e la gravità come una forza continua.
Se potessimo costruire una teoria in grado di fare ciò che fa la relatività generale ma che parte da strutture discrete come i grafici, allora le prospettive di conciliazione della relatività generale e della meccanica quantistica inizierebbero a sembrare più promettenti. Se riuscissimo a costruire una geometria simile a quella che ci viene data dalla relatività generale usando una struttura discreta, allora le prospettive sembrerebbero ancora migliori.
Stephen Wolfram ritiene che lo spazio stesso possa essere una complessa rete di punti collegati tra loro mediante una semplice regola che viene ripetuta più volte. Wolfram Physics Project
E quindi?
Mentre il progetto di Wolfram è promettente, contiene più di un pizzico di arroganza. Wolfram sta andando contro gli Einstein e gli Hawking del mondo, e lo sta facendo senza una vita trascorsa a pubblicare su riviste di fisica (ha pubblicato diversi articoli di fisica 40 anni fa, quando era considerato uno studente prodigio, oltre a un libro intitolato A New Kind of Science, che è il predecessore spirituale del Wolfram Physics Project).
Inoltre, il suo approccio non è del tutto originale. È simile ad altri due approcci alla gravità quantistica già in essere: la teoria degli insiemi causali e la gravità quantistica ad anello, nessuna delle quali ha molta menzione nei grandi progetti di Wolfram.
Tuttavia, il progetto è notevole per tre motivi: innanzitutto, Wolfram ha un vasto pubblico e farà molto per diffondere l’approccio che sostiene. I sostenitori della gravità quantistica ad anello lamentano in particolare la predominanza della teoria delle stringhe all’interno della comunità fisica. Wolfram può aiutare a sostenere un cambio di paradigma in fisica.
Inoltre, Wolfram offre una panoramica molto attenta del progetto dai principi di base della teoria dei grafi fino alla relatività generale. Ciò renderà più facile per gli individui mettersi al passo con l’approccio generale e potenzialmente dare il proprio contributo.
Infine, il progetto è “open source“, invita cioè i ricercatori a contribuire al suo sviluppo.
