Per oltre un secolo, la fisica è andata avanti con due coinquilini che si rifiutano di parlarsi: la relatività generale e la meccanica quantistica. La teoria di Einstein gestisce la gravità come curvatura dello spaziotempo, mentre la meccanica quantistica fa da padrona per le particelle minuscole. Entrambe funzionano alla grande nei loro campi, ma provare a unirle e ottieni l'equivalente intellettuale di una schermata blu della morte - specialmente intorno a buchi neri, materia oscura, energia oscura e tutto il discorso del "perché siamo qui".

Un team guidato da Florian Neukart dell'Università di Leiden ha rimuginato su un modo per colmare quel divario, e la loro idea è rinfrescante semplice: trattare l'informazione, non la materia o l'energia o persino lo spaziotempo stesso, come l'ingrediente più fondamentale dell'universo. Lo chiamano matrice quantistica della memoria (QMM), e sostiene che lo spaziotempo non è un continuum liscio ma una griglia di minuscole celle, ciascuna in grado di immagazzinare un'impronta quantistica di ogni interazione che vi passa attraverso - una particella, una forza, le cattive vibrazioni del tuo vicino. In altre parole, l'universo non accade e basta; prende appunti.

Il tutto è nato dal paradosso dell'informazione del buco nero, che è il modo della fisica di dire "qualcosa deve cedere". La relatività dice che qualsiasi cosa cada in un buco nero è persa per sempre; la meccanica quantistica dice che l'informazione non può mai essere distrutta. La soluzione della QMM: mentre la materia cade dentro, le celle dello spaziotempo circostanti registrano la sua impronta. Quando il buco nero alla fine evapora, l'informazione era già stata salvata - come un cloud storage cosmico antecedente al cloud.

Il team ha formalizzato questo con qualcosa chiamato operatore di impronta, una regola reversibile che fa funzionare la conservazione dell'informazione. Hanno iniziato con la gravità, poi hanno realizzato che anche le forze nucleari forte e debole lasciano tracce nello spaziotempo. L'hanno persino esteso all'elettromagnetismo (articolo attualmente in revisione paritaria - quindi, ufficiosamente ufficiale). Un semplice campo elettrico, a quanto pare, cambia lo stato di memoria delle celle dello spaziotempo. Questo li ha portati a un principio più ampio che chiamano dualità geometria-informazione: la forma dello spaziotempo è influenzata non solo dalla massa e dall'energia, come insegnava Einstein, ma anche da come l'informazione quantistica è distribuita, specialmente tramite l'entanglement - quella connessione spettrale dove due particelle possono essere legate attraverso anni luce.

Questo cambiamento ha conseguenze drammatiche. In uno studio (anch'esso in revisione paritaria), grumi di impronte si comportano esattamente come la materia oscura - aggregandosi sotto gravità e spiegando perché le galassie orbitano a velocità insolitamente alte senza bisogno di nuove particelle esotiche. In un altro articolo, hanno mostrato come l'energia oscura potrebbe emergere: quando le celle dello spaziotempo si saturano - pensale come hard disk pieni - non possono registrare nuove informazioni, quindi contribuiscono con un'energia residua con la stessa forma matematica della costante cosmologica. La dimensione corrisponde all'energia oscura osservata, suggerendo che materia oscura ed energia oscura sono due facce della stessa medaglia informativa. Figo.

Ma cosa succede quando la memoria dello spaziotempo si riempie completamente? Il loro ultimo articolo, accettato per pubblicazione su The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, indica un universo ciclico che rimbalza invece di collassare in una singolarità. Ogni ciclo di espansione e contrazione deposita più entropia nel registro; quando il limite viene raggiunto, l'entropia immagazzinata guida un'inversione - un rimbalzo - portando a una nuova fase di espansione. Il modello suggerisce che l'universo ha già attraversato tre o quattro cicli, con meno di dieci rimanenti. Dopodiché, la capacità informativa dello spaziotempo è completamente saturata, e l'universo entra in una fase finale di espansione rallentata. Questo pone la vera "era informativa" del cosmo a circa 62 miliardi di anni, non i 13,8 miliardi della nostra attuale espansione.

Sembra pura teoria? Hanno già testato parti della QMM sui computer quantistici odierni, trattando i qubit come minuscole celle dello spaziotempo. Usando protocolli di impronta e recupero basati sulle equazioni della QMM, hanno recuperato stati quantistici originali con oltre il 90% di precisione.