Rivista Quanti

25 maggio 2023

Renate Loll studia la trama dello spazio-tempo simulando universi digitali.

Ilvy Njiokiktjien per Quanta Magazine

Scrittore personale

25 maggio 2023

Renate Loll ha visto universi che avrebbero fatto venire gli incubi al Dottor Strange. Ha esplorato mondi 3D, pianure e realtà fratturate con dimensioni frazionarie. Ha visto universi con curve dolci e universi esplodere con picchi violenti. È stata testimone di universi in continua espansione e di universi in cui lo spazio non esiste.

Dopo aver osservato queste e innumerevoli altre storie cosmiche svolgersi nella memoria digitale dei suoi computer, Loll non dà più nulla per scontato – certamente non le banali tre dimensioni dello spazio e una dimensione del tempo che costituiscono il tessuto della nostra realtà. .

"Niente è preordinato", ha detto Loll, fisico teorico della Radboud University nei Paesi Bassi.

Loll ritiene che un attento censimento di questi universi digitali potrebbe svelare alcuni aspetti della gravità quantistica, la teoria quantistica più precisa che presumibilmente è alla base della nozione di spazio, tempo e gravità di Einstein. Con la relatività generale, Einstein definì la gravità – una forza misteriosa – come una conseguenza della forma dello spazio e del tempo. Un principio fondamentale della teoria quantistica suggerisce che questa forma non è solo una semplice geometria, ma in un certo senso una media di tutte le forme possibili. A questi presupposti, Loll aggiunge il requisito apparentemente ovvio che le cause vengono prima degli effetti. Sospetta che questi tre ingredienti – geometria, teoria quantistica e causalità – siano sufficienti per consentire calcoli di forza bruta della struttura fondamentale della realtà – senza bisogno di anelli, stringhe o dimensioni extra.

Loll e i suoi collaboratori hanno trascorso più di 20 anni ad approssimare la realtà utilizzando modelli di triangoli digitali. La loro teoria, nota come triangolazioni dinamiche causali, ha dimostrato che se si fondono insieme una moltitudine di possibili universi, è possibile produrre un cosmo che assomiglia molto al nostro. Lei e i suoi collaboratori hanno anche scoperto indizi secondo cui, su scala minuscola, lo spazio-tempo potrebbe avere una struttura del tutto inaspettata: un’impronta digitale quantistica della fusione dei mondi.

"Questa è la prima vera prova che esiste una struttura quantistica non banale su scala breve, a cui non avrei mai pensato in modo classico", ha detto.

Loll, che è stata appena nominata Cavaliere dell'Ordine del Leone dei Paesi Bassi, ha recentemente parlato con Quanta Magazine del motivo per cui è diventata un simulatore spazio-temporale, di come riesce a creare tutti questi universi possibili e di dove potrebbe andare il campo della gravità quantistica. . L'intervista è stata condensata e modificata per chiarezza.

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video: Renate Loll descrive la sua teoria delle triangolazioni dinamiche causali e come potrebbe sbloccare alcuni aspetti della gravità quantistica.

Christopher Webb Young/Quanta Magazine; Ilvy Njiokiktjien per Quanta Magazine

In realtà ho iniziato con un lavoro di laurea in economia, ma presto ho avuto nostalgia della fisica, che avevo studiato da studente universitario. L’economia riguarda la previsione del comportamento delle persone. La fisica delle alte energie, con le sue leggi fondamentali, è molto più semplice.

Ho trascorso 10 anni della mia vita nel programma di gravità quantistica a circuito. All'inizio era davvero emozionante, ma dopo aver fatto innumerevoli calcoli estremamente formali e astratti con penna su carta, all'inizio degli anni '90 ho cominciato a provare invidia verso altri gruppi che stavano portando avanti studi più concreti sullo spazio-tempo eseguendo calcoli su un computer.

Questi studi suggerivano che i computer potessero sondare possibili strutture quantistiche dello spazio-tempo, ma hanno faticato a produrre tessuti estesi di spazio come quello che vediamo. Il mio collega Jan Ambjørn e io ci chiedevamo se il problema fosse che lo spazio-tempo utilizzato da quegli studi avesse una geometria irrealistica, "euclidea". Gli spazi-tempi euclidei sono atemporali. In essi, il tempo, che normalmente punta in una direzione, è stato trasformato semplicemente in un’altra dimensione dello spazio, che non ha alcuna freccia intrinseca. Quindi questi modelli non hanno alcuna nozione di causalità – il requisito che la causa venga prima dell’effetto.