La vita in un ologramma

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Dan Harlow passa molto tempo a pensare in un universo "boomerang".

Il fisico del MIT è alla ricerca di risposte a una delle più grandi domande della fisica moderna: come può il nostro universo rispettare due regole incompatibili?

Il primo, il Modello Standard della Fisica, è la teoria quantistica delle particelle, dei campi e delle forze e i modi in cui interagiscono per costruire l'universo in cui viviamo. Il secondo, la teoria della relatività generale di Einstein, descrive l'influenza di gravità e come la forza fondamentale unisce la materia per costruire pianeti, galassie e altri oggetti massicci.

Entrambe le teorie funzionano molto bene nelle rispettive corsie. Tuttavia, la teoria di Einstein fallisce quando cerca di descrivere come funziona la gravità su scala quantistica, mentre la meccanica quantistica fa previsioni che distorcono la realtà quando applicata a dimensioni cosmiche massicce. Per oltre un secolo, i fisici hanno cercato modi per unire le due teorie e arrivare alla verità su ciò che fa funzionare il nostro universo.

Harlow sospetta che qualsiasi filo conduttore possa essere troppo delicato per essere afferrato nel nostro universo esistente. Sta invece cercando risposte in una versione “boomerang” – una realtà alternativa che si ripiega su se stessa, proprio come la traiettoria di un boomerang, invece di allungarsi ed espandersi senza fine come fa il nostro universo reale. La gravità quantistica in questo universo boomerang risulta essere più facile da comprendere, poiché può essere riformulata in termini di teoria quantistica convenzionale (senza gravità) utilizzando un’idea potente chiamata dualità olografica. Ciò rende molto più semplice da contemplare, almeno dal punto di vista teorico.

In questo ambiente boomerang, Harlow ha fatto alcune rivelazioni emozionanti e inaspettate. Ha dimostrato, ad esempio, che le equazioni che descrivono come si comporta la gravità in questo universo "giocattolo" sono le stesse equazioni che controllano i codici di correzione degli errori quantistici che, si spera, verranno presto utilizzati per costruire computer quantistici nel mondo reale. Il fatto che la matematica che descrive la gravità abbia qualcosa a che fare con la protezione delle informazioni nei computer quantistici è stata di per sé una sorpresa. Il fatto che entrambi i fenomeni condividessero la stessa fisica, almeno in questo universo alternativo, suggerisce una potenziale connessione tra la teoria di Einstein e la meccanica quantistica nell'universo reale.

La scoperta, che Harlow ha fatto come postdoc presso l’Università di Princeton nel 2014, ha innescato nuove linee di indagine nello studio sia della gravità quantistica che della teoria dell’informazione quantistica. Da quando è entrato a far parte del MIT e del Centro di fisica teorica nel 2017, Harlow ha continuato la sua ricerca di connessioni fondamentali tra la relatività generale e la meccanica quantistica e il modo in cui potrebbero intersecarsi nel contesto dei buchi neri e della cosmologia.

"Una delle cose divertenti è che, anche se in fisica e più in generale nella scienza stiamo tutti studiando sistemi ed esperimenti diversi, molte delle idee sono le stesse", afferma Harlow, un professore associato che ha ricevuto una cattedra nel 2022. "Quindi, cerco di avere una mente aperta e di tenere le orecchie aperte, e cercare come le cose potrebbero essere collegate."

"Una filosofia umanista"

Nato a Cincinnati, Harlow si trasferì da bambino con la famiglia a Boston, dove trascorse diversi anni prima che la famiglia si trasferisse nuovamente, mettendo radici a Chicago. All'età di 10 anni prese lezioni di pianoforte, concentrandosi prima sulla musica classica, poi sul rock. Alle medie suonava la tastiera in vari gruppi prima di trovare il suo ritmo nello stile più sciolto e improvvisato del jazz.