Immaginate che le leggi fondamentali che governano il nostro universo non siano altro che le regole di un vasto programma informatico. Questa è l’affascinante ipotesi dell’universo computazionale o simulato, un’idea popolare discussa anche da figure note come Elon Musk. Questa prospettiva suggerisce che la realtà fisica sia fondamentalmente costituita da informazione strutturata, un concetto centrale nel campo della fisica dell’informazione. Se questa ipotesi fosse corretta, il nostro universo dovrebbe mostrare specifiche firme di un processo computazionale. Secondo una recente ricerca del Dottor Melvin Vopson dell’Università di Portsmouth, pubblicata sulla rivista AIP Advances, una di queste possibili firme potrebbe essere la gravità.
Tradizionalmente, la gravità è descritta in modo impeccabile dalle leggi di Newton e di Einstein. Tuttavia, queste teorie non spiegano perché gli oggetti materiali si attraggono reciprocamente. Questa nuova prospettiva suggerisce che l’attrazione gravitazionale possa emergere da una necessità fondamentale dell’universo: la riduzione dell’entropia dell’informazione.
La seconda legge dell’infodinamica: l’antitesi del disordine informazionale
Per capire questa idea, dobbiamo introdurre un concetto cruciale: la seconda legge dell’infodinamica. Questa legge descrive l’evoluzione temporale dell’entropia degli stati informazionali in un sistema isolato. A differenza della seconda legge della termodinamica (che afferma che l’entropia dei sistemi fisici aumenta o rimane costante), la seconda legge dell’infodinamica richiede che l’entropia dell’informazione diminuisca o rimanga costante nel tempo, fino a raggiungere un valore minimo all’equilibrio.
Questa legge è stata osservata in diversi sistemi, dall’organizzazione degli elettroni negli atomi alla prevalenza di simmetrie nell’universo. L’alta simmetria, infatti, corrisponde a un basso contenuto di entropia dell’informazione, il che la rende uno stato preferito dalla natura secondo questa legge. Questa tendenza alla simmetria può essere vista come un processo di ottimizzazione computazionale o compressione dei dati, poiché alta simmetria significa meno potenza computazionale richiesta e basso contenuto informativo. Poiché la seconda legge dell’infodinamica appare in natura a tutte le scale e deriva da considerazioni informazionali, supporta l’idea speculativa che l’intero universo sia di natura informazionale e assomigli a un processo computazionale.
L’universo come una griglia computazionale discreta
Un’ipotesi chiave in questo quadro è che lo spazio-tempo non sia un continuum ma sia discreto, simile a una pixelatura o a una griglia utilizzata nelle simulazioni al computer (come l’analisi agli elementi finiti). Questa visione discreta è supportata dall’evidenza della meccanica quantistica e delle scale di Planck. In questa analogia, ogni “quanto” di spazio, chiamato cella elementare, agisce come un mezzo di archiviazione delle informazioni sulle proprietà della materia (come posizione e velocità). Questo è paragonabile a come un videogioco digitale, un’applicazione di realtà virtuale o una simulazione avanzata traccia gli oggetti.
Si assume che la lunghezza di Planck definisca la dimensione di una cella spaziale elementare e che ogni cella elementare di Planck sulla sua superficie possa memorizzare un bit digitale. L’informazione è quindi memorizzata su superfici spaziali 2D, con un massimo di un bit digitale per area di Planck elementare. Ciò è coerente con il principio olografico e gli studi sull’entropia dei buchi neri.
Ogni cella può registrare informazioni in formato binario: se una cella è vuota, registra un “0” digitale; se è occupata da materia, registra un “1” digitale. In uno spazio completamente vuoto, tutte le celle sono “0”, e l’entropia dell’informazione è zero.
La gravità emerge dalla riduzione dell’entropia
Ora, immaginate di posizionare alcune particelle di materia in questo spazio discreto. Ogni particella occupa una cella, che registra un “1”. Questo aumenta l’entropia dell’informazione del sistema. Secondo la seconda legge dell’infodinamica, il sistema tenderà a evolvere verso uno stato di minima entropia dell’informazione.
Come può il sistema ridurre la sua entropia informativa? Assumendo che una cella possa ospitare più di una particella, se le particelle sono libere di muoversi, la configurazione a più bassa entropia si ottiene quando le particelle si uniscono in un unico oggetto all’interno di una singola cella, idealmente nella cella che corrisponde alla posizione del centro di massa. Questo processo di unione riduce drasticamente l’entropia dell’informazione rispetto a quando le particelle sono sparse.
Il movimento delle particelle l’una verso l’altra per unirsi, guidato dalla necessità di ridurre l’entropia dell’informazione, si manifesta come una forza attrattiva entropicà. Questa forza attrattiva ha tutte le caratteristiche della forza gravitazionale. Come ha spiegato il Dottor Vopson, “I miei risultati in questo studio si adattano all’idea che l’universo potrebbe funzionare come un computer gigante, o che la nostra realtà sia un costrutto simulato… È un nuovo modo di pensare alla gravità, non solo come una trazione, ma come qualcosa che accade quando l’universo sta cercando di rimanere organizzato”.
In questo modello, l’attrazione gravitazionale è vista come un meccanismo di ottimizzazione computazionale. È computazionalmente più efficiente tracciare e calcolare la posizione e la quantità di moto di un singolo oggetto rispetto a molti oggetti separati. “Il processo è identico a come verrebbe progettato un videogioco digitale, un’applicazione di realtà virtuale o altre simulazioni avanzate”, ha aggiunto il Dottor Vopson. La formazione di oggetti cosmici più grandi dalla polvere cosmica diffusa (come mostrato nella Figura 2 delle fonti) è un esempio concreto di questo processo nel nostro universo, dove l’entropia dell’informazione e la potenza computazionale vengono ridotte.
Derivazione della legge di Newton
Attingendo alla seconda legge dell’infodinamica e al principio di equivalenza massa-energia-informazione (M/E/I), proposto per la prima volta nel 2019, è possibile derivare matematicamente la legge di gravitazione universale di Newton. Il principio M/E/I stabilisce un legame fondamentale tra massa, energia e informazione. In precedenza, il Dottor Vopson aveva pubblicato ricerche che suggerivano che l’informazione avesse massa e che le particelle elementari immagazzinassero informazioni su sé stesse. Combinando questi principi, si ottiene un’espressione per la forza entropica che è identica alla legge di Newton.
Confronto con l’entropia gravitazionale di Verlinde
Questa prospettiva si allinea con il quadro dell'”entropia gravitazionale” proposto da Erik Verlinde nel 2011, che suggeriva anch’esso che la gravità emergesse come una forza entropicà. Tuttavia, ci sono differenze fondamentali. Mentre Verlinde si basava sugli schermi olografici e un processo che, in quel contesto specifico, puntava all’aumento dell’entropia, questo studio si basa sulla seconda legge dell’infodinamica (che richiede la diminuzione dell’entropia dell’informazione per l’equilibrio) e sul principio M/E/I, entrambi assenti nella formulazione originale di Verlinde.
Nonostante queste differenze metodologiche e concettuali distinte, entrambe le teorie convergono sulla conclusione che la gravità non sia un’interazione fondamentale, ma una conseguenza macroscopica della dinamica dell’informazione microscopica. Questo studio è visto come un complemento e un’estensione innovativa del paradigma della gravità entropicà.
Conclusioni
Questo studio offre una visione innovativa della gravità come una forza entropica, fondata sulla seconda legge dell’infodinamica e sull’equivalenza massa-energia-informazione. Derivando la legge di Newton da considerazioni sulla teoria dell’informazione, supporta fortemente l’idea che l’attrazione gravitazionale derivi da una spinta fondamentale a ridurre l’entropia dell’informazione nell’universo.
Questo suggerisce che la gravità agisca come un processo di ottimizzazione computazionale, dove la materia si auto-organizza per minimizzare la complessità della codifica delle informazioni nello spazio-tempo. Sebbene la domanda se l’universo sia effettivamente una costruzione computazionale rimanga aperta, la natura entropicà della gravità fornisce prove convincenti che l’informazione è una componente fondamentale della realtà fisica e che la compressione dei dati guida i processi fisici nell’universo.
Questa prospettiva ha implicazioni più ampie per la fisica fondamentale, inclusa la termodinamica dei buchi neri, le considerazioni sulla materia oscura e l’energia oscura, e potenziali connessioni tra gravità e teoria dell’informazione quantistica. Apre la strada a future ricerche per esplorare la sua applicabilità in contesti relativistici e quantistici e possibili validazioni sperimentali.
Stefano Camilloni
