1. L’interrogativo se la nostra esistenza si svolga all’interno di una complessa simulazione al computer rappresenta una sfida filosofica e scientifica di profonda portata, la cui risposta rimane elusiva. Tuttavia, il fisico Melvin Vopson dell’Università di Portsmouth, nel Regno Unito, propone una prospettiva intrigante, suggerendo di aver identificato un potenziale indizio in un fenomeno fondamentale come la gravità.

Viviamo in una simulazione? La gravità come indizio computazionale

Secondo il suo recente studio, Vopson ipotizza che la forza di gravità non sia semplicemente un’attrazione fondamentale tra le masse, ma potrebbe emergere come un sottoprodotto intrinseco dei processi computazionali che governano l’Universo. In questa visione, la gravità sarebbe una manifestazione dello sforzo incessante dell’Universo di preservare l’informazione e la materia in uno stato di ordinata organizzazione all’interno del tessuto spazio-temporale.

“Le mie scoperte in questo studio si allineano con la concezione che l’Universo possa operare in modo analogo a un gigantesco computer, o che la realtà che percepiamo sia una costruzione simulata“, afferma:  “Analogamente a come i sistemi informatici cercano di ottimizzare l’utilizzo dello spazio di archiviazione e di massimizzare l’efficienza operativa, l’Universo potrebbe adottare principi simili. Questa prospettiva offre un nuovo modo di concettualizzare la gravità: non più esclusivamente come una forza attrattiva, ma come un fenomeno che si manifesta quando l’Universo stesso si impegna a mantenere la propria coerenza e organizzazione“.

Indipendentemente dalla veridicità dell’ipotesi simulativa, la riflessione sui potenziali parallelismi tra il comportamento del nostro Universo e quello di un sistema simulato può rivelarsi sorprendentemente illuminante. Tentare di sondare i confini della nostra realtà, esplorando le aree in cui il suo funzionamento potrebbe sovrapporsi a quello di una simulazione, potrebbe dischiudere nuove prospettive sulla natura intrinseca dell’Universo in cui siamo immersi, arricchendo la nostra comprensione dei suoi principi fondamentali.

Un percorso di ricerca dedicato all’esplorazione della realtà

Melvin Vopson ha dedicato anni di meticolosa indagine a questa affascinante linea di ricerca, esplorando le implicazioni e le potenziali rivelazioni che potrebbero emergere da un’analisi approfondita della natura fondamentale della nostra realtà. Nel 2022, in collaborazione con il matematico Serban Lepadatu del Jeremiah Horrocks Institute for Mathematics, Physics and Astronomy nel Regno Unito, ha formulato un quadro teorico innovativo denominato la seconda legge dell’infodinamica, un modello concettuale volto a comprendere il potenziale comportamento simulato dell’Universo.

Questo quadro teorico trae ispirazione dalla seconda legge della termodinamica, un principio cardine della fisica che descrive come qualsiasi processo naturale nell’Universo comporti intrinsecamente una dissipazione di energia utilizzabile e un aumento della misura del disordine di un sistema, una quantità nota come entropia. In contrasto con questo principio termodinamico, la seconda legge dell’infodinamica postula che l'”entropia dell’informazione” di un sistema isolato debba rimanere costante nel tempo o addirittura diminuire, suggerendo un principio di conservazione o ottimizzazione dell’informazione a livello cosmico.

La ricerca di Vopson ha inoltre approfondito il concetto audace che l’informazione possieda una massa intrinseca e possa quindi essere considerata una forma fondamentale di materia, equiparabile agli stati convenzionali come solido, liquido e gassoso. In questa prospettiva, Vopson ha persino tentato di calcolare la quantità totale di informazione contenuta nell’Universo, considerando le particelle elementari, i costituenti più piccoli della materia conosciuta, come unità di memorizzazione di dati analoghe ai nucleotidi del DNA, le unità fondamentali dell’informazione genetica.

Seguendo i principi della fisica delle particelle, queste entità elementari rappresentano le unità di materia più piccole e indivisibili nell’Universo. Vopson propone un’analogia con i bit, le unità fondamentali dell’informazione digitale. Egli ipotizza che queste particelle possano essere organizzate in “pixel” o divisioni discrete simili a cellule all’interno del tessuto spazio-temporale. Analogamente a un bit che può assumere un valore binario (0 o 1), questi pixel spazio-temporali potrebbero essere codificati in base alla presenza o all’assenza di materia al loro interno, fornendo una potenziale struttura digitale sottostante alla nostra realtà fisica.

La gravità: un indicatore della struttura discreta della materia cosmica

Nel suo nuovo studio, Melvin Vopson propone una prospettiva innovativa sulla natura della gravità, suggerendo che essa possa essere interpretata come una manifestazione della pixelizzazione intrinseca della distribuzione della materia all’interno dell’Universo. Secondo questa concezione, quando più particelle elementari convergono e occupano lo stesso “pixel” fondamentale dello spazio-tempo, tendono a fondersi, con la risultante che ogni pixel contiene idealmente un singolo “oggetto” composito.

“Questo processo innesca la forza di attrazione che noi percepiamo come gravità, in virtù delle regole intrinseche stabilite all’interno del sistema di calcolo che sottende l’Universo“, spiega Vopson: “Queste regole sembrano imporre la minimizzazione del contenuto informativo totale e, per estensione, una riduzione della potenza di calcolo complessiva richiesta per tracciare l’evoluzione del sistema cosmico”.

In termini più semplici, dal punto di vista computazionale, risulta significativamente più efficiente monitorare e calcolare la posizione e la quantità di moto di un singolo oggetto nello Spazio, piuttosto che dover gestire un numero elevato di entità separate. Pertanto, l’attrazione gravitazionale emergerebbe come un meccanismo di ottimizzazione fondamentale all’interno di un processo computazionale cosmico finalizzato alla compressione dell’informazione.

In questa analogia concettuale, il “pixel” spazio-temporale può essere paragonato a un file ZIP compresso, mentre la forza di gravità agirebbe come l’algoritmo di compressione, ottimizzando la quantità di “spazio” computazionale occupato dalla rappresentazione della materia nell’Universo.

Questa prospettiva acquista ulteriore forza se si considera la natura elusiva della gravità. Nonostante la sua onnipresenza nell’Universo e il suo ruolo fondamentale nella strutturazione del cosmo, la sua essenza rimane un mistero. Possiamo misurarne gli effetti con precisione, ma una comprensione completa della sua natura fondamentale ci sfugge ancora. Vopson suggerisce che l’approccio tradizionale, basato esclusivamente sulla relatività generale o sulla meccanica quantistica, potrebbe non essere sufficiente a svelare questo enigma. Considerare la gravità in un contesto alternativo, come potenziale mezzo di ottimizzazione computazionale intrinseco all’Universo, potrebbe condurci a scoperte e risposte finora inaccessibili.

“Sebbene la questione se l’Universo sia intrinsecamente una costruzione computazionale rimanga aperta al dibattito e a ulteriori indagini, la natura entropica della gravità, come qui proposta, fornisce prove convincenti del fatto che l’informazione costituisce una componente fondamentale della realtà fisica e che i principi di compressione dei dati guidano intrinsecamente i processi fisici che osserviamo nell’Universo”, conclude Vopson nel suo studio. Egli sottolinea l’importanza cruciale della ricerca futura, che dovrebbe concentrarsi sul perfezionamento di questo quadro teorico, esplorandone l’applicabilità in contesti relativistici e di gravità quantistica e, soprattutto, indagando possibili vie per la sua validazione sperimentale.

Lo studio è stato pubblicato su AIP Advances.

Le recenti osservazioni condotte dal telescopio spaziale James Webb (JWST) hanno portato alla luce una conferma interessante che sta scuotendo le fondamenta stesse della cosmologia moderna.

Questa scoperta non rappresenta una semplice anomalia statistica, bensì un indizio potenzialmente rivoluzionario che potrebbe costringere la comunità scientifica a riconsiderare radicalmente l’intero quadro concettuale con cui attualmente interpretiamo l’evoluzione e la dinamica dell’Universo.

Il telescopio Webb rivela un’anomalia nell’espansione dell’Universo

Per anni, la cosmologia si è trovata di fronte a un enigma sempre più pressante, noto come la “tensione di Hubble”. Questo termine descrive la persistente e significativa discrepanza tra i valori del tasso di espansione dell’universo, o costante di Hubble, ottenuti attraverso differenti metodologie osservative. Tale divergenza non rappresentava una mera sfumatura nei dati, ma una potenziale crepa nell’edificio teorico della fisica cosmica, con la capacità di minare la nostra fiducia nel modello standard del Cosmo.

Le recenti e precise misurazioni effettuate dal telescopio spaziale James Webb si sono concentrate proprio su questo nodo cruciale. Combinando la potenza osservativa infrarossa del JWST con la lunga serie di dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble, gli scienziati hanno potuto analizzare con una precisione senza precedenti le sorgenti luminose chiave utilizzate per determinare le distanze cosmiche.

L’esito di questa sinergia osservativa è stato inequivocabile: l’anomalia nella misurazione della costante di Hubble non può essere attribuita a errori strumentali o a imprecisioni nei dati. Questa conferma implica che la discrepanza è reale e intrinseca, segnalando un problema più profondo e ancora irrisolto che risiede nella nostra attuale comprensione dei meccanismi che governano l’espansione dell’Universo.

La tensione di Hubble emerge principalmente dal confronto tra due metodi indipendenti per stimare la velocità con cui l’universo si sta espandendo. Il primo metodo si basa sull’analisi dettagliata del Fondo Cosmico a Microonde (CMB), la radiazione fossile che permea l’intero universo, reliquia luminosa delle prime fasi dopo il Big Bang. Le minime fluttuazioni di temperatura nel CMB, misurate con grande accuratezza dal satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea, forniscono un modello teorico che predice un valore per la costante di Hubble intorno ai 67 chilometri al secondo per megaparsec (km/s/Mpc).

Il secondo metodo, invece, si fonda sull’osservazione di specifiche stelle chiamate variabili Cefeidi. Queste stelle pulsanti presentano una relazione diretta e prevedibile tra il loro periodo di variazione luminosa e la loro luminosità intrinseca, rendendole “candele standard” ideali per misurare le distanze cosmiche. Le misurazioni della distanza di galassie ospitanti Cefeidi, combinate con la misurazione del loro redshift (lo spostamento verso il rosso della luce dovuto all’espansione dell’universo), forniscono una stima diretta della costante di Hubble. Tuttavia, questo metodo produce un valore significativamente più alto, attestandosi intorno ai 74 km/s/Mpc.

La persistente differenza di circa il 9% tra questi due valori ha rappresentato per anni un rompicapo per gli astronomi. Inizialmente, molti speravano che la discrepanza potesse essere risolta con misurazioni più precise e la riduzione degli errori sistematici. Tuttavia, i recenti dati del telescopio spaziale James Webb, con la sua capacità di osservare nell’infrarosso e penetrare la polvere cosmica che può oscurare le osservazioni ottiche, hanno permesso di affinare le misurazioni delle stelle Cefeidi in galassie distanti.

La conferma dei risultati ottenuti precedentemente dal telescopio Hubble da parte del JWST ha escluso in modo convincente la possibilità che la tensione di Hubble sia semplicemente il risultato di errori di misurazione, aprendo la strada a scenari teorici più radicali per spiegare questa fondamentale incongruenza cosmica.

La tensione di Hubble come segnale di una comprensione Incompleta del Cosmo

La definitiva conferma della tensione di Hubble, corroborata dalle osservazioni congiunte del telescopio spaziale James Webb e del suo predecessore Hubble, segna un punto di svolta cruciale nella nostra incessante ricerca per decifrare i misteri dell’Universo. Come sottolinea con incisività Adam Riess, illustre fisico della Johns Hopkins University e autore principale dello studio che ha consolidato queste evidenze: “Ciò che rimane è la reale ed entusiasmante possibilità di aver frainteso l’Universo“. Questa affermazione, carica di implicazioni profonde, cattura appieno la serietà del momento: le certezze che credevamo di possedere riguardo al tasso di espansione cosmica potrebbero vacillare su fondamenta concettuali inattese.

Il crescente accumularsi di prove convergenti verso l’esistenza innegabile della tensione di Hubble non può più essere liquidato come una semplice anomalia o un problema metodologico isolato. Figure di spicco nel panorama della fisica teorica, come il premio Nobel David Gross, non esitano a definire la situazione attuale una vera e propria “crisi” all’interno della cosmologia, trascendendo la nozione di un mero “problema” da risolvere con piccoli aggiustamenti ai modelli esistenti. Questa terminologia forte riflette la consapevolezza che la discrepanza nella misurazione della costante di Hubble potrebbe essere la punta di un iceberg, celando una lacuna significativa nella nostra comprensione dei principi fondamentali che governano l’evoluzione del Cosmo.

La persistenza irrisolta della tensione tra i due metodi di misurazione della velocità di espansione dell’universo costringe ora gli scienziati a confrontarsi con una prospettiva potenzialmente destabilizzante: i modelli cosmologici attualmente in auge, inclusi quelli che incorporano concetti elusivi come la materia oscura e l’energia oscura, potrebbero necessitare di una revisione sostanziale o, in scenari più radicali, di una completa rielaborazione.

Questi componenti teorici, introdotti per spiegare una vasta gamma di osservazioni cosmologiche, potrebbero non essere sufficienti a rendere conto della discrepanza nella costante di Hubble, suggerendo la possibile esistenza di fisica “nuova” o di una comprensione errata delle interazioni fondamentali che plasmano l’universo su larga scala.

La sinergia tra le capacità osservative del telescopio spaziale James Webb e la lunga e fruttuosa storia di Hubble si è rivelata fondamentale per dirimere la questione della tensione di Hubble. La tecnologia infrarossa all’avanguardia del JWST ha permesso agli astronomi di effettuare misurazioni delle stelle variabili Cefeidi con una precisione senza precedenti, superando le limitazioni imposte dalla polvere cosmica che può oscurare le osservazioni nella luce visibile.

Questa accuratezza ha consentito di convalidare in modo indipendente le misurazioni precedentemente ottenute da Hubble, eliminando ogni ragionevole dubbio sulla possibilità che la discrepanza fosse dovuta a errori sistematici o a calcoli errati.

Come ha chiaramente spiegato Adam Riess: “Combinando Webb e Hubble otteniamo il meglio di entrambi i mondi. Abbiamo scoperto che le misurazioni di Hubble rimangono affidabili man mano che saliamo lungo la scala delle distanze cosmiche“. Questa affermazione sottolinea come la conferma della tensione di Hubble non sia un artefatto di uno specifico strumento o di una particolare metodologia, ma un’anomalia robusta che emerge da osservazioni indipendenti e complementari.

Questa solidità probatoria rafforza l’idea che la tensione di Hubble non sia un mero incidente statistico, bensì una manifestazione di una lacuna fondamentale nella nostra attuale cornice teorica cosmologica, aprendo la strada a nuove e potenzialmente rivoluzionarie indagini sulla vera natura e sull’evoluzione del nostro Universo.

L’esotica ipotesi delle non-particelle e il mistero dell’accelerazione cosmica

Ora che la realtà della tensione di Hubble è stata solidamente stabilita grazie alle precise osservazioni del telescopio spaziale James Webb, la comunità scientifica si trova di fronte a una sfida intellettuale di proporzioni cosmiche: elaborare nuove teorie capaci di spiegare questa inattesa discrepanza nel tasso di espansione dell’Universo. L’evidenza di una potenziale lacuna nel nostro modello standard del Cosmo ha innescato un fervore di attività teorica, con i ricercatori che esplorano concetti audaci e innovativi per riconciliare le diverse misurazioni della costante di Hubble.

Tra le ipotesi più suggestive che emergono per spiegare la tensione di Hubble vi è quella dell’esistenza di “non-particelle”. Questa classe teorica di entità fondamentali, ancora avvolta nel mistero, potrebbe possedere proprietà in grado di influenzare la dinamica dell’universo su larga scala.

Alcuni ricercatori ipotizzano che le non-particelle potrebbero essere collegate all’energia oscura, la misteriosa forza che si ritiene responsabile dell’espansione accelerata dell’universo osservata negli ultimi miliardi di anni. Se le non-particelle interagissero con il tessuto spazio-temporale in modi non ancora compresi, potrebbero contribuire a spiegare la discrepanza tra le misurazioni del tasso di espansione ottenute dal CMB primordiale e quelle derivate dalle osservazioni di galassie più recenti.

Un’altra interessante linea di indagine teorica si addentra nel regno delle “dimensioni extra”, un concetto derivato da sofisticate teorie come la teoria delle stringhe. Sebbene la nostra esperienza quotidiana sia confinata alle tre dimensioni spaziali e a una temporale, alcune teorie fisiche postulano l’esistenza di ulteriori dimensioni spaziali, arrotolate su scale così piccole da risultare invisibili ai nostri sensi e ai nostri attuali strumenti di misurazione.

Alcuni modelli suggeriscono tuttavia che queste dimensioni extra potrebbero esercitare un’influenza sottile ma significativa sulla gravità e sull’espansione dell’universo su scale cosmiche. L’esplorazione delle implicazioni cosmologiche delle dimensioni extra potrebbe quindi offrire una nuova prospettiva per comprendere la tensione di Hubble.

Forse l’ipotesi più radicale e potenzialmente rivoluzionaria riguarda la natura stessa della gravità. La teoria della relatività generale di Albert Einstein ha rappresentato per oltre un secolo la pietra angolare della nostra comprensione della gravità e della cosmologia. Tuttavia, la persistente tensione di Hubble sta spingendo alcuni scienziati a considerare la possibilità che la gravità, così come la osserviamo e la descriviamo su scale galattiche e cosmiche, possa non comportarsi esattamente come previsto dalle equazioni di Einstein.

Se la forza di gravità dovesse manifestare proprietà differenti su distanze e tempi cosmici, ciò potrebbe avere un impatto significativo sul tasso di espansione dell’universo e contribuire a spiegare la discrepanza tra le diverse misurazioni della costante di Hubble. Questa linea di ricerca implica una potenziale necessità di una nuova teoria della gravità che estenda o modifichi la relatività generale per render conto delle osservazioni cosmologiche più recenti.

Mentre queste nuove e audaci teorie vengono attivamente esplorate e sviluppate, il ruolo delle future osservazioni spaziali diventerà assolutamente cruciale per validare o confutare queste ipotesi e per affinare ulteriormente la nostra comprensione dell’enigmatico tasso di espansione dell’universo. Il telescopio spaziale James Webb continuerà a fornire dati preziosi con la sua capacità di osservare nell’infrarosso con una sensibilità e una risoluzione senza precedenti.

Le missioni spaziali come Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea e la futura missione WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) della NASA sono progettate specificamente per mappare la distribuzione della materia oscura e l’espansione dell’universo con una precisione mai raggiunta prima. I dati raccolti da queste missioni di prossima generazione saranno fondamentali per testare le previsioni delle nuove teorie cosmologiche e per guidare la comunità scientifica verso una comprensione più completa e coerente dell’evoluzione e del destino ultimo del nostro Universo.

Lo studio è stato pubblicato sull’Astrophysical Journal Letters.