Spiegare la gravità in termini quanto meccanici: i wormholes

Ieri abbiamo parlato delle caratteristiche che hanno in comune l’entanglement e i wormholes (una recente ricerca connette l’entanglement ai wormholes). In entrambi i casi si tratta di “ponti” o “connessioni” tra due punti distanti in cui è possibile aggirare il limite della velocità della luce, 300.000 km/s, trasferendo informazioni a velocità superluminali (che alle estremità ci siano particelle o buchi neri lo schema resta lo stesso).

La stessa idea è presente in un articolo firmato da Julian Sonner (MIT), Holographic Schwinger Effect and the Geometry of Entanglement (Physical Review Letters), in cui si mostra che la correlazione quantistica tra una coppia di quarks creata in laboratorio avviene grazie ad una struttura spazio-temporale del tutto simile ad un wormhole che, però, non connette due particelle – come ritengono Kristan Jensen e Andreas Karch, i due autori dello studio presentato ieri, in cui si adotta un’estensione supersimmetrica del Modello Standard basata sulla teoria di Yang-Mills – ma due stringhe.

Rappresentazione grafica di un wormhole. (Crediti: Wikipedia).

Adottare questo metodo potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere il legame tra la gravità e la meccanica quantistica che, come è noto, il Modello Standard non unifica. “Esistono alcuni interrogativi molto complessi sulla gravità quantistica a cui non riusciamo ancora a rispondere. Abbiamo per questo bisogno di trovare le ‘correlazioni’ giuste per iniziare ad intraprendere la strada giusta”, ha commentato Julian Sonner. Il punto di partenza consiste nell’analisi delle ricerche di Juan Maldacena (Institute for Advanced Study) e di Leonard Susskind (Stanford University) sulle proprietà e sul comportamento dei buchi neri entangled.

Analizzando i buchi neri entangled è infatti emerso un fenomeno interessante. Semplifico brutalmente: annullando il legame tra i due, ciò che “resta” è un wormhole, un tunnel che è tenuto insieme dalla forza di gravità. L’idea sembra suggerire che la gravità emerge da un fenomeno fisico più fondamentale: l’entanglement tra buchi neri. Per verificare se questo accade solo su larga scala, Julian Sonner ha cercato di capire cosa accade a due quarks entangled. 

Quarks in una simulazione tridimensionale al computer. (Crediti: PASIEKA/SPL).

L’esperimento poggia su una concezione dello spazio-tempo nota come universo olografico. Secondo il principio olografico, al livello fondamentale l’Universo ha una dimensione inferiore rispetto a quelle che percepiamo ordinariamente, ed è governato da leggi fisiche simili a quelle che descrivono l’elettromagnetismo. 

Julian Sonner ha, infatti, utilizzato un campo elettrico per catturare coppie di quarks in uscita da un ambiente sotto vuoto, e ha successivamente mappato il loro comportamento all’interno dell’ambiente in cui si trovano (lo spazio-tempo). Ora, i wormholes sono in un universo a 4D (con la gravità), mentre i quarks entangled sono in un universo a 3D: come ottenere a livello quantistico la quarta dimensione? Applicando un concetto tratto dalla teoria delle stringhe, la dualità olografica, che dimostrerebbe l’emergenza della gravità e della curvatura che vediamo nell’universo, esattamente come in un ologramma a 2D sono codificate tutte le informazioni per derivarne uno a 3D.

Il messaggio finale? La geometria dello spazio-tempo dipende da un substrato di fenomeni che coinvolgono l’entanglement. E quando l’entanglement si spezza? Julian Sonner non ha risposte convincenti. Ovviamente sono studi prettamente teoretici. Da un lato va ricordato che con l’entanglement non si può nemmeno trasferire dal punto A al punto B una banale informazione come lo stato di spin di una particella, visto che dello spin sappiamo qualcosa solo con l’osservazione. Dall’altro va ricordato che i wormholes sono ancora più misteriosi dei buchi neri. E riprodurli sperimentalmente, anche solo considerando le alte energie necessarie e l’instabilità delle fluttuazioni quantistiche, è ad oggi impossibile.

L’analogia strutturale tra i due fenomeni è dimostrata, ma andare oltre significherebbe conoscere in anticipo l’informazione che Bob riceve da Alice, oppure uscire indenni da un buco nero.