Spazio-tempo superfluido: L’universo come non lo hai mai immaginato

Quanto ne sappiamo davvero dell’universo?

Gli esseri umani scrutano il cielo da secoli, cercando di comprendere la vera natura dell’universo. Ma più la scienza avanza, più emergono teorie che sembrano uscite da un film di fantascienza. Eppure, alcune di queste ipotesi, per quanto folli possano sembrare, hanno solide basi scientifiche e meritano attenzione.

Tra le più sorprendenti? L’idea che l’universo sia… un gigantesco ologramma. Oppure, ancora più bizzarra: un superfluido senza viscosità! Ti sembra assurdo? Aspetta di leggere fino in fondo.

L’universo come un ologramma

La teoria olografica: tutto è inciso ai bordi

Nel 1993, il fisico olandese Gerard ‘t Hooft lanciò una teoria che avrebbe cambiato per sempre il nostro modo di vedere la realtà: il principio olografico. Secondo questa idea, tutto ciò che esiste all’interno di una regione dello spazio potrebbe essere descritto da informazioni memorizzate… sui suoi confini. Un po’ come se il nostro mondo tridimensionale fosse proiettato da un “muro” bidimensionale invisibile.

Mi spiego meglio…

Il mondo come un film olografico

Immagina di essere al cinema. Davanti a te, sullo schermo piatto, vedi un film in 3D. Le immagini sembrano uscire dallo schermo, hanno profondità, volume, distanza… ma in realtà tutto è contenuto su quella superficie bidimensionale. La terza dimensione è solo una proiezione.

Ecco, il principio olografico dice una cosa simile: tutto ciò che accade in uno spazio tridimensionale (come il nostro universo) potrebbe essere una proiezione di dati bidimensionali “scritti” su una superficie che delimita quello spazio.

Leonard Susskind, fisico a Stanford, riprese questa intuizione e la integrò con la teoria delle stringhe, insieme a Charles Thorne. Il tutto nacque studiando i buchi neri, veri e propri misteri cosmici.

Ma dove finiscono le informazioni nei buchi neri?

Stephen Hawking è diventato celebre anche per aver studiato in profondità i buchi neri, oggetti con una gravità così intensa che nulla può sfuggirvi, nemmeno la luce.

Secondo la teoria classica, quando qualcosa cade in un buco nero – una stella, un pianeta, un’astronave… persino un’informazione – sparisce per sempre. Nessuno può più sapere cosa fosse.

Ma ecco il problema: questa idea viola una legge fondamentale della fisica!

La legge della conservazione dell’informazione

In fisica quantistica esiste una regola importantissima: l’informazione non può essere distrutta.
È un po’ come dire: se bruci un libro, non puoi più leggerlo, ma le molecole di carta, inchiostro e fumo contengono comunque l’informazione di quel libro, anche se in modo sparso e caotico.

E allora: se butti un oggetto in un buco nero, dove va a finire tutta la sua informazione?

Hawking vs Susskind

Per anni, questo è stato un dilemma che ha fatto litigare i fisici più brillanti del mondo. Stephen Hawking diceva:

“L’informazione viene distrutta nei buchi neri.”

Leonard Susskind, invece, diceva:

“Impossibile. La fisica non può funzionare così!”

Da questa disputa è nata la cosiddetta “guerra del buco nero”, raccontata anche nel libro di Susskind The Black Hole War.

La soluzione: l’orizzonte degli eventi come memoria

Susskind propose un’idea rivoluzionaria:

Le informazioni non vengono distrutte. Restano memorizzate sulla superficie del buco nero, detta orizzonte degli eventi.

Cos’è l’orizzonte degli eventi?

È come il confine del buco nero. Una sorta di “punto di non ritorno”: tutto ciò che lo attraversa, sparisce alla nostra vista.

Eppure, secondo Susskind, tutte le informazioni su ciò che ci è caduto dentro – massa, composizione, energia, rotazione – restano scritte lì, come una “etichetta cosmica”. Non possiamo leggerle, ma non sono perse.

Nasce il concetto di “buco nero olografico”

Questa idea ha portato al concetto che il buco nero non memorizza le informazioni nel suo volume interno, ma sulla sua superficie esterna, proprio come fa un ologramma.

👉 Un ologramma, infatti, è una pellicola bidimensionale che contiene tutte le informazioni per creare un’immagine tridimensionale.
Allo stesso modo, il buco nero olografico conserva tutte le informazioni tridimensionali dei suoi “contenuti” su una superficie bidimensionale: l’orizzonte degli eventi.

Per capire meglio:

Immagina una cassaforte.
Tu ci metti dentro un oggetto, poi chiudi e perdi la chiave.

Secondo Hawking: l’oggetto è andato, dimenticalo.
Secondo Susskind: ok, non possiamo più accedervi… ma tutte le informazioni su quell’oggetto sono scritte sulla porta della cassaforte! Forse non possiamo leggerle, ma sono lì.

Cosa significa tutto questo per l’universo?

Se questa idea funziona per i buchi neri… allora può funzionare anche per l’intero universo.
Ed è proprio da qui che nasce il principio olografico: tutta la realtà potrebbe essere “codificata” sui suoi confini, e ciò che vediamo come tridimensionale, potrebbe essere solo una proiezione di dati bidimensionali.

L’universo come una gigantesca proiezione

Spingendo ancora oltre il concetto, gli scienziati hanno ipotizzato che tutta la realtà possa essere così: tutto ciò che accade nell’universo potrebbe essere descritto dalle informazioni scritte sui suoi “margini”. Un esempio? Se metti un oggetto in una scatola, tutte le informazioni su quell’oggetto sono sulle pareti della scatola. Applicalo all’universo… e hai l’ologramma cosmico!

“Tutto ciò che percepiamo potrebbe essere una proiezione tridimensionale di dati bidimensionali scritti su un confine immaginario dell’universo.”

Nel 2017, un team di cosmologi ha sviluppato un modello bidimensionale dell’universo capace di replicare fedelmente la radiazione cosmica di fondo. Un bel punto a favore della teoria olografica.

Lo spazio è un superfluido?

Spazio e tempo: una sostanza, non un contenitore

Torniamo un attimo a Einstein. Con la relatività, ha mostrato che spazio e tempo sono legati in un’unica entità: lo spaziotempo. Già nel 1908, Herman Minkowski disse: “D’ora in poi il tempo e lo spazio diventeranno vuote finzioni, solo la loro unità sosterrà la realtà”.

Ma cosa succede se lo spaziotempo non è solo un concetto astratto, bensì una sostanza fisica?

Il modello dello spazio superfluido

Secondo i fisici italiani Stefano Liberati e Luca Macchione, lo spaziotempo potrebbe essere simile a un fluido… anzi, a un superfluido! Come l’acqua è composta da molecole, lo spaziotempo potrebbe essere formato da particelle microscopiche ancora sconosciute.

E cosa fa un superfluido? Scorre all’infinito senza perdere energia. L’elio superfluido, per esempio, può arrampicarsi lungo le pareti di un contenitore e fuoriuscire, ignorando la gravità. È un comportamento incredibile, osservabile solo a temperature vicinissime allo zero assoluto.

Le onde hanno bisogno di un “mezzo” per muoversi?

Immagina di lanciare un sasso in uno stagno: si formano delle onde concentriche che si allontanano dal punto d’impatto. Ma perché le onde si propagano?
👉 Perché si muovono attraverso l’acqua, che fa da mezzo.

Allo stesso modo, il suono si propaga nell’aria, la voce passa tra due persone grazie all’aria che trasmette le vibrazioni.

Ma… e nello spazio?

Nel vuoto dello spazio non c’è aria, né acqua, né materia. È completamente “vuoto” (almeno in apparenza).
Eppure… le onde elettromagnetiche – come la luce, le onde radio, i raggi X – viaggiano lo stesso.
Come è possibile?

La soluzione classica: l’elettromagnetismo non ha bisogno di un mezzo

La fisica classica risponde così:

Le onde elettromagnetiche non hanno bisogno di un mezzo materiale per propagarsi, perché si auto-sostengono grazie all’interazione tra campi elettrici e magnetici.

Fin qui tutto bene, ma… c’è un “però”.

Ma allora davvero lo spazio è vuoto?

Alcuni scienziati pensano che questa spiegazione sia incompleta. Perché?

• L’universo si comporta come se ci fosse un “qualcosa” di invisibile che riempie lo spazio.

• Questo “qualcosa” potrebbe essere una sostanza fisica molto sottile, invisibile, chiamata superfluido cosmico.

Lo spazio-tempo come un superfluido

Immagina lo spazio-tempo non come un contenitore vuoto, ma come un liquido speciale, simile a un superfluido.

Un superfluido è un tipo di liquido che ha proprietà straordinarie:

• Ha viscosità zero → scorre all’infinito senza mai rallentare.

• Può arrampicarsi sulle pareti del contenitore e uscire fuori.

• Trasmette calore in modo perfetto e uniforme.

• Quando viene agitato, non forma vortici normali, ma vortici quantistici: piccolissimi, ordinati e precisi.

 I fotoni viaggiano in questo “mare quantico”?

Secondo la teoria, i fotoni (le particelle della luce) e le onde elettromagnetiche viaggerebbero proprio attraverso questo superfluido cosmico. Un po’ come le onde che si propagano nell’oceano.

Il “vuoto” non è veramente vuoto. È un mare invisibile di energia e particelle microscopiche in stato quantico.

I tornado quantici che creano le galassie

E c’è di più: quando questo superfluido viene “agitato”, non si comporta come l’acqua normale. Invece di creare turbolenze disordinate, forma vortici quantistici: piccole spirali ultra-stabili.

Gli scienziati ipotizzano che questi microvortici – veri e propri “tornadi quantici” nel superfluido cosmico – possano aver agito come nuclei primordiali attorno ai quali si sono formate le galassie.

Proprio come nell’atmosfera terrestre i tornado possono dar vita a strutture meteorologiche imponenti, questi vortici potrebbero essere stati il motore invisibile che ha plasmato le enormi architetture dell’universo.

Perché tutto questo conta?

Il futuro della cosmologia

La cosmologia è una scienza giovane, ma sta già riscrivendo le fondamenta della nostra conoscenza.

E se un giorno tutte queste teorie, così diverse tra loro, trovassero un punto di incontro? Potremmo finalmente capire davvero dove ci troviamo, cosa siamo… e magari anche dove stiamo andando.

Ecco in breve le due ipotesi più affascinanti:

• Universo olografico

  • Tutto ciò che esiste può essere descritto da informazioni su una superficie bidimensionale.

  • Teoria nata dallo studio dei buchi neri.

  • Supportata da simulazioni cosmologiche reali (2017).

• Universo superfluido

  • Lo spazio-tempo è una sostanza fluida con viscosità nulla.

  • Si comporta come un superfluido quantistico.

  • I vortici quantistici sarebbero all’origine delle galassie.

RIFERIMENTI SCIENTIFICI

https://phys.org/news/2017-01-reveals-substantial-evidence-holographic-universe.html?utm_source=

https://arxiv.org/abs/1309.7296?utm_source=

https://www.researchgate.net/publication/45910117_The_Superfluid_Universe