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Lo strano legame tra informazione e materia: come usare l'informazione per comprendere il funzionamento dell'universo?
Nella fisica moderna, la natura dell'informazione e la sua relazione con la materia hanno stimolato la riflessione di molti scienziati. Secondo il principio olografico, il funzionamento dell'universo può essere compreso attraverso l'informazione, una visione che modifica la nostra comprensione fondamentale delle entità fisiche. Il principio olografico è stato proposto per la prima volta da Gerard Hoft e sviluppato ed espresso da Liam Susskind. La sua idea fondamentale è che la descrizione dello spazio tridimensionale può essere effettivamente considerata come incorporata in un confine bidimensionale. Informazioni su.
"Il mondo tridimensionale che sperimentiamo, pieno di galassie, pianeti, case, rocce e persone, è in realtà un ologramma, una realtà codificata su una superficie bidimensionale distante."
La base di questa teoria è il limite di Bekenstein, secondo il quale l'entropia massima di una qualsiasi regione è proporzionale alla sua area, non al suo volume. Ciò dimostra che il contenuto informativo sia dei buchi neri sia della materia ordinaria può essere registrato integralmente ai loro confini, consentendoci di riconsiderare la composizione della materia.
Paradosso dell'informazione sui buchi neri
I calcoli di Hawking dimostrarono che la radiazione emessa da un buco nero sembrava indipendente dalla materia assorbita, il che sollevava un profondo paradosso. Secondo la meccanica quantistica, quando cambia la funzione d'onda di uno stato quantistico, dovrebbe verificarsi un flusso corrispondente di informazioni. Tuttavia, se un buco nero potesse assorbire stati puri ma riemettere radiazioni solo in stati misti, ciò significherebbe che le informazioni andrebbero perse, violando un principio fondamentale della meccanica quantistica. Questo paradosso costringe gli scienziati a esplorare la connessione più profonda tra struttura cosmica e informazione.
"L'entropia di un buco nero è proporzionale all'area del suo orizzonte degli eventi, e non, come di consueto, dovrebbe aumentare con il volume."
L'equivalenza tra informazione e materia
Tradizionalmente, l'entropia è stata considerata una misura del "disordine" in un sistema fisico. Tuttavia, utilizzando il concetto di entropia di Shannon, la quantità di informazioni può anche essere vista come una misura dell'esistenza della materia, dando origine a una nuova visione secondo cui potrebbe esserci una profonda connessione intrinseca tra le proprietà della materia e il contenuto delle informazioni. .
Nel suo articolo, Bekenstein ha sottolineato che l'entropia termodinamica e l'entropia di Shannon sono concettualmente equivalenti, il che ci fornisce una prospettiva completamente nuova per comprendere il confine tra materia e informazione. Ha chiesto:
Questa domanda spinge le persone a riflettere se l'informazione sia la chiave per comprendere l'esistenza della materia."Possiamo vedere il mondo intero in un granello di sabbia, come ha descritto William Blake, o è solo una dichiarazione poetica?"
Corrispondenza AdS/CFT e pratica del principio olografico
La corrispondenza AdS/CFT è un'importante illustrazione del principio olografico, che fornisce una connessione tra lo spazio anti-de Sitter e la teoria dei campi conformi. Questa corrispondenza non solo fornisce un mezzo per consolidare le teorie della gravità quantistica, ma ci consente anche di studiare teorie di campo fortemente accoppiate in un modo basato sulla teoria quantistica dei campi. Secondo questa corrispondenza, quando nella teoria quantistica dei campi compaiono interazioni forti, i campi nella teoria gravitazionale sono interazioni deboli.
Ciò consente di trasformare molti problemi di fisica nucleare e di fisica della materia condensata in problemi matematicamente più trattabili, contribuendo in modo significativo alla nostra comprensione del mondo quantistico.
Test sperimentale del principio olografico
Sebbene la base teorica del principio olografico sia ampiamente accettata, la verifica sperimentale presenta ancora delle difficoltà. Gli esperimenti con piccole particelle potrebbero fornire nuove intuizioni sul principio olografico e Bekenstein aveva proposto di testarlo con esperimenti da tavolo. Tuttavia, mancano ancora dati sperimentali ampiamente accettati a supporto di queste teorie.
Ad esempio, Kirk Hogan del Fermi National Laboratory ha proposto che, secondo il principio olografico, le fluttuazioni quantistiche nella posizione spaziale dovrebbero portare a un "rumore olografico" misurabile osservato nei rivelatori di onde gravitazionali. Tuttavia, queste affermazioni non sono ancora state ampiamente riconosciute dalla comunità scientifica.
Man mano che gli scienziati studiano ulteriormente la gravità quantistica e i principi olografici, si aspettano scoperte ancora più rivoluzionarie che ci consentiranno di comprendere meglio il funzionamento dell'universo.
E dietro questa complicata teoria c'è forse una verità più profonda che non abbiamo ancora compreso?
