La misurazione che rivelerebbe l'universo come una simulazione al computer

Una delle idee più care alla fisica moderna è la cromodinamica quantistica, la teoria che descrive la forza nucleare forte, come lega quark e gluoni in protoni e neutroni, come questi formano nuclei che interagiscono a loro volta. Questo è l'universo nella sua forma più fondamentale.

Quindi una ricerca interessante è simulare la cromodinamica quantistica su un computer per vedere che tipo di complessità si presenta. La promessa è che simulare la fisica a un livello così fondamentale equivale più o meno a simulare l'universo stesso.

Ci sono una o due sfide ovviamente. La fisica è incredibilmente complessa e opera su una scala incredibilmente piccola. Quindi, anche utilizzando i supercomputer più potenti del mondo, i fisici sono riusciti a simulare solo piccoli angoli del cosmo di pochi femtometri. (Un femtometro è 10^-15 metri.)

Potrebbe non sembrare molto, ma il punto significativo è che la simulazione è essenzialmente indistinguibile dalla realtà (almeno per quanto ne sappiamo).

Non è difficile immaginare che il progresso di tipo Legge di Moore consentirà ai fisici di simulare regioni dello spazio significativamente più grandi. Una regione di pochi micrometri di diametro potrebbe incapsulare l'intero funzionamento di una cellula umana.

Ancora una volta, il comportamento di questa cellula umana sarebbe indistinguibile da quello reale.

È questo tipo di pensiero che costringe i fisici a considerare la possibilità che il nostro intero cosmo possa funzionare su un computer estremamente potente. Se è così, c'è un modo per saperlo?

Oggi riceviamo una sorta di risposta da Silas Beane, dell'Università di Bonn in Germania, e da alcuni amici. Dicono che c'è un modo per vedere le prove che veniamo simulati, almeno in certi scenari.

Innanzitutto, un po' di sfondo. Il problema con tutte le simulazioni è che le leggi della fisica, che sembrano continue, devono essere sovrapposte a un reticolo tridimensionale discreto che avanza a passi di tempo.

La domanda che Beane e colleghi si pongono è se la spaziatura del reticolo imponga qualche tipo di limitazione ai processi fisici che vediamo nell'universo. Esaminano, in particolare, i processi ad alta energia, che sondano regioni più piccole dello spazio man mano che diventano più energetiche

Quello che trovano è interessante. Dicono che la spaziatura del reticolo imponga un limite fondamentale all'energia che le particelle possono avere. Questo perché non può esistere nulla di più piccolo del reticolo stesso.

Quindi, se il nostro cosmo è solo una simulazione, dovrebbe esserci un taglio nello spettro delle particelle ad alta energia.

Si scopre che esiste esattamente questo tipo di interruzione nell'energia delle particelle dei raggi cosmici, un limite noto come interruzione Greisen-Zatsepin-Kuzmin o GZK.

Questo cut-off è stato ben studiato e si verifica perché le particelle ad alta energia interagiscono con il fondo cosmico a microonde e quindi perdono energia mentre percorrono lunghe distanze.

Ma Beane e co calcolano che la spaziatura del reticolo impone alcune caratteristiche aggiuntive allo spettro. La caratteristica più sorprendente... è che la distribuzione angolare dei componenti a più alta energia mostrerebbe simmetria cubica nella cornice di riposo del reticolo, deviando significativamente dall'isotropia, dicono.

In altre parole, i raggi cosmici viaggerebbero preferenzialmente lungo gli assi del reticolo, quindi non li vedremmo allo stesso modo in tutte le direzioni.

Questa è una misurazione che potremmo fare ora con la tecnologia attuale. Trovare l'effetto equivarrebbe a poter 'vedere' l'orientamento del reticolo su cui è simulato il nostro universo.

È fantastico, persino strabiliante. Ma i calcoli di Beane e co non sono privi di alcune importanti avvertenze. Un problema è che il reticolo del computer può essere costruito in un modo completamente diverso da quello previsto da questi ragazzi.

Un altro è che questo effetto è misurabile solo se il taglio del reticolo è lo stesso del taglio GZK. Ciò si verifica quando la spaziatura del reticolo è di circa 10^-12 femtometri. Se la spaziatura è significativamente inferiore, non vedremo nulla.

Tuttavia, vale sicuramente la pena cercare, se non altro per escludere la possibilità che facciamo parte di una simulazione di questo particolare tipo, ma segretamente nella speranza di trovare una buona prova dei nostri padroni robotici una volta per tutte.

Rif: arxiv.org/abs/1210.1847 : Vincoli sull'universo come simulazione numerica

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