Universo olografico: cosa significa e cosa dicono i dati.

E se tutto quello che vediamo, tocchiamo e viviamo, tempo compreso, fosse la proiezione di informazioni scritte su una superficie a due dimensioni? È l’idea dell’universo olografico, una delle ipotesi più strane e più serie della fisica teorica. Nel 2017 uno studio pubblicato su Physical Review Letters l’ha messa per la prima volta alla prova con i dati reali sull’universo primordiale. Ma prima, una parola sulla parola.

Olografico: il significato della parola

Olografico viene dal greco hólos, “intero”, e gráphein, “scrivere”: letteralmente, “scritto per intero”. La stessa radice ha preso due strade molto diverse.

• Nel diritto si parla di testamento olografo (o, meno correttamente, olografico): quello che, secondo l’articolo 602 del Codice civile, è scritto per intero, datato e firmato a mano dal testatore. Se è scritto al computer, anche se firmato, non è valido.
• Nella fisica e nella tecnologia “olografico” si riferisce all’ologramma: un’immagine registrata su una superficie piatta che però contiene l’informazione completa di un oggetto tridimensionale, tanto che girandole intorno lo si vede da angolazioni diverse. È quello che si trova, in piccolo, sulle carte di credito e sulle banconote.

È questo secondo significato che i fisici hanno preso in prestito per una delle idee più audaci sulla natura della realtà.

Cos’è il principio olografico

Tutto nasce dai buchi neri. Negli anni Settanta Jacob Bekenstein e Stephen Hawking scoprirono che la quantità di informazione contenuta in un buco nero non dipende dal suo volume, come ci si aspetterebbe, ma dall’area della sua superficie. Negli anni Novanta Gerard ‘t Hooft e Leonard Susskind generalizzarono l’idea: forse tutta l’informazione contenuta in una regione di spazio è “scritta” sul suo confine, come in un ologramma. Nel 1997 Juan Maldacena trovò un modello matematico preciso in cui una teoria con la gravità, in un certo spazio, equivale esattamente a una teoria senza gravità che vive sul suo bordo.

Il professor Kostas Skenderis dell’Università di Southampton lo spiega così: “Immaginate che tutto ciò che vedete, sentite e ascoltate, e la vostra percezione del tempo, provengano da un campo a due dimensioni. Un po’ come l’immagine olografica su una carta di credito”.

Un esempio forse più calzante è un film in 3D: le immagini sembrano avere profondità, ma arrivano da uno schermo piatto. La differenza che lascia perplessi è non da poco: nel nostro universo gli oggetti possiamo toccarli, e dalla nostra prospettiva sono reali. Il principio olografico non dice che il mondo sia un’illusione: dice che la sua descrizione più profonda potrebbe avere una dimensione in meno di quelle che percepiamo.

Lo studio del 2017: l’universo olografico alla prova dei dati

Fino al 2017 l’universo olografico era soprattutto matematica. Un gruppo di Southampton, del Perimeter Institute canadese e dell’Università del Salento ha provato a confrontarlo con le osservazioni: in particolare con la radiazione cosmica di fondo, il “bagliore” lasciato dall’universo neonato e misurato con grande precisione dal satellite europeo Planck.

Il risultato è più sfumato di come lo raccontarono molti titoli dell’epoca. I modelli olografici si sono rivelati competitivi con il modello cosmologico standard, quello basato sull’inflazione: descrivono bene gran parte dei dati, e su alcune scale persino un filo meglio. Nel complesso però il modello standard resta favorito, e sulle scale più grandi del cielo la versione olografica non riesce a fare previsioni affidabili. I dati hanno anche permesso di scartare alcune versioni della teoria. Non una conferma, quindi, ma la prova che l’idea si può mettere a confronto con il cielo.

“La possibilità di una cosmologia olografica può essere una rivoluzione nel modo di pensare alla creazione e alla struttura dell’universo. La relatività generale di Einstein spiega quasi tutto ciò che vediamo, ma ha parecchi problemi quando si scende al livello dei quanti. Il concetto di universo olografico potrebbe colmare questa mancanza.”

Kostas Skenderis, Università di Southampton

E dopo? Dove siamo oggi

Dal 2017 non è arrivata una prova decisiva, né in un senso né nell’altro. Un esperimento del Fermilab, l’Holometer, aveva cercato un “rumore” dello spazio-tempo previsto da una versione dell’idea, senza trovarlo: quella versione è stata scartata, il principio olografico no. Nel frattempo il principio è diventato uno strumento di lavoro quotidiano per i fisici teorici, usato per studiare i buchi neri, i materiali quantistici e perfino i computer quantistici. Nel 2022 un gruppo che lavorava con un processore quantistico di Google ha simulato un “wormhole” ispirato proprio alla corrispondenza olografica, in un esperimento tanto citato quanto discusso.

La prossima occasione per mettere alla prova la cosmologia olografica arriverà dalle nuove mappe della radiazione di fondo, più precise sulle grandi scale del cielo: proprio quelle dove la teoria oggi è più debole. Se l’universo è un ologramma, è lì che potremmo vederne la “grana”.