Cosa accade dentro un buco nero: scienziati stanno usando computer quantistici per capirlo

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Computer quantistici e le tecniche di Machine learning per comprendere meglio la cosiddetta “dualità olografica”: è quello che stanno facendo alcuni fisici che hanno pubblicato un nuovo studio sulla rivista PRX Quantum. In particolare i ricercatori vogliono capire cosa accade all’interno di buco nero, uno dei misteri più grandi del cosmo la cui risoluzione potrebbe letteralmente ridefinire quello che sappiamo della fisica.

Collegare relatività generale con modello standard

I ricercatori intendono utilizzare le tecniche di apprendimento automatico, quelle che ad esempio si utilizzano per addestrare i computer al riconoscimento facciale o per i software di elaborazione del linguaggio, per capire se è possibile collegare gli assunti della teoria della relatività generale di Einstein con il modello standard della fisica delle particelle.
Un eventuale collegamento farebbe da “ponte” su ciò che sappiamo dell’universo relativamente alle scale più piccole con quello che sappiamo per quanto riguarda le scale più grandi, quella degli oggetti che possiamo vedere e in generale dei pianeti e delle stelle nonché delle galassie e delle strutture più grandi del cosmo.

Dualità olografica

C’è molto disaccordo tra questi due approcci, come spiega Enrico Rinaldi, un fisico dell’Università del Michigan e del RIKEN che è anche il primo autore dello studio. È un problema di data molto vecchia che gli scienziati stanno tentando di risolvere da molti decenni, ormai.
Una teoria che potrebbe spiegare il collegamento si basa su un’idea che mette in gioco il concetto di dualità olografica: i movimenti delle particelle sul piano bidimensionale sopra quella che potrebbe essere la superficie esterna di buco nero potrebbero riflettere ciò che accade al suo interno, ossia i movimenti tridimensionali dentro al buco nero stesso.

Nuovi computer quantistici per le simulazioni

I calcoli però sono molto difficili da fare ed è per questo che gli scienziati intendono usare i nuovi computer quantistici per le simulazioni. In particolare, tramite tecniche di apprendimento automatico, stanno tentando di addestrare i software onde capire come le particelle che si trovano sulla superficie di un buco nero interagiscono proiettando ciò che accade all’interno.
La proiezione avverrebbe perché mentre la gravità all’interno di buco nero esisterebbe comunque in tre dimensioni mentre sulla sua superficie, essenzialmente un ambiente piatto, le particelle agirebbero invece in due dimensioni.

Gravità del buco nero influenzerebbe particelle sulla sua superficie

La gravità di un buco nero, pur agendo in tre dimensioni, si collegherebbe, a livello matematico e per il momento solo teorico, alle particelle sopra la sua superficie che invece si muoverebbero in due dimensioni. La gravità dello stesso buco nero potrebbe dunque influenzare queste particelle e da questa proiezione se ne potrebbero ricavare informazioni sul suo interno.
La dualità olografica, spiega il comunicato dell’università americana, rappresenta una congettura matematica secondo la quale la teoria della gravità e quella delle particelle possono essere equivalenti.
“Speriamo che comprendendo le proprietà di questa teoria delle particelle attraverso gli esperimenti numerici, si possa capire qualcosa sulla gravità”, spiega Rinaldi.

Note e approfondimenti

  1. PRX Quantum 3, 010324 (2022) – Matrix-Model Simulations Using Quantum Computing, Deep Learning, and Lattice Monte Carlo (DOI: 10.1103/PRXQuantum.3.010324)

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