In un nuovo studio, Chris Jeynes e Michael Parker pongono la domanda: come può la natura produrre una tale simmetria e ordine in molti sistemi osservati lungo enormi scale di dimensione? Sotto al microscopio, un fiocco di neve mostra geometrie intricate e notevole simmetria e al telescopio lo stesso viene osservato nelle galassie a spirale fino a distanze di milioni di anni luce. Entrambi questi sistemi sono composti di innumerevoli sotto-unità conglomerate. Questo per dire che il comportamento delle unità fondamentali che li compongono, dovrebbe essere completamente casuale a parte qualche causa formativa che nasce dalle interazioni intermolecolari o inter-gravitazionali, che non sono a lungo raggio. La domanda allora diviene, quali sono i parametri ordinativi che risultano in sistemi a molti corpi interagenti, che si uniscono in configurazioni ordinate e dalla spettacolare simmetria? La fisica che descrive l’ordinamento nella scala microscopica di un sistema, è detta entropia e quindi dobbiamo approfondirla.
Quando parliamo di entropia, dobbiamo ricordare che l’idea nacque immaginando un sistema chiuso o isolato, dove un aumento di entropia è essenzialmente un aumento nella quantità di energia “perduta”. Parlando in senso termodinamico, il sistema tenderà verso uno stato di equilibrio termico, uno stato dove non è possibile svolgere ulteriore lavoro sul sistema, se non da fonte esterna, questo è detto stato di massima entropia. Storicamente e persino in qualche teoria moderna, la forza ordinativa venne postulata come campo morfogenico, un campo che modellava la morfogenesi degli oggetti, così come un campo magnetico farebbe su della polvere metallica. Tale nozione venne rapidamente esclusa dagli scienziati, in quanto presumeva qualche tipo di forza magica sconosciuta alla fisica.
Info-Entropia Olomorfica
Ora, tuttavia, i ricercatori Jeynes e Parker hanno descritto matematicamente il campo morfogenico e identificato il portatore di forza, una forza entropica. I ricercatori descrivono il nuovo concetto legando informazione ed entropia, attraverso le parti elementari di un sistema, in quella che chiamano Info-entropia olomorfica, come legare spazio e tempo nella struttura dello spazio-tempo o elettricità e magnetismo nell’elettromagnetismo. Come in questi casi, dove il cambiamento di stato di uno, risulta nel cambiamento dell’altro, ad esempio in una coppia di campi elettrici e magnetici, lo stesso avviene tra informazione ed entropia.
“Abbiamo mostrato che informazione ed entropia possono essere trattate come un campo e sono connesse alla geometria. Pensate ai due filamenti di DNA legati in una doppia elica. Le onde di luce hanno la stessa struttura, qui i due filamenti sono campo elettrici e magnetici. Abbiamo mostrato matematicamente che la relazione tra informazione ed entropia può essere visualizzata usando la stessa geometria.”
-Chris Jeynes e Michael Parker
Usando il modello dell’Info-entropia, i ricercatori hanno studiato una configurazione particolare, la spirale a doppia elica e la doppia spirale logaritmica. La loro analisi mostra che questo tipo di traiettorie nello spazio-tempo sono stati di massima entropia. Questo significa che tra tutti i modi possibili in cui un sistema può configurarsi, la spirale e la doppia elica massimizzano l’entropia e un sistema arriverà sempre nello stato che massimizza l’entropia, rendendo questa configurazione la condizione più stabile o di equilibrio e così si può comprendere l’ubiquità di tali strutture in natura.
Spirali ovunque
La doppia elica è ben conosciuta grazie alla configurazione degli acidi nucleici: la spirale a doppia elica del DNA. I ricercatori hanno usato il loro metodo per calcolare l’esatta differenza di energia tra due configurazioni di DNA, la forma-B canonica e la meno conosciuta ma comunque importante forma-P. La forma P-DNA è interessante in quanto ogni curva dell’elica avviene ogni 2.62 basi, mentre nella forma-B avviene ogni 10.4 basi, quindi troviamo molta energia potenziale (info-entropia) nella forma-P. Jeynes e Parker sono riusciti a calcolare questa differenza di energia, in accordo con la precisa misurazione di Bryant et al. (2003).
Temperatura olografica e materia oscura superflua
Estendendo la loro analisi su scala astronomica, i ricercatori hanno osservato le galassie a spirale, che sono doppie spirali come quelle del DNA, hanno simili geometrie in senso matematico.
“Non sorprende che lo stesso trattamento entropico si applichi dalla scala nanometrica a quella cosmica, dato che l’entropia è intrinsecamente indipendente dalla scala”.
Per verificare la loro teoria, sono partiti con la nostra galassia, la Via Lattea e calcolando la sua massa. Roger Penrose riuscì a mostrare che l’entropia di una galassia è dominata dal suo buco nero centrale. Quindi, utilizzando la famosa equazione di Hawking e Bekenstein, l’entropia del buco nero super-massiccio di 4.3 milioni di masse solari, venne calcolata. Come scoperto da Hawking, venne anche calcolata la temperatura del suo orizzonte degli eventi. Il prodotto tra temperatura ed entropia può quindi essere calcolato come energia, da cui possiamo determinare la massa usando l’equazione di Einstein.
Secondo Jeynes e Parker, se puoi assegnare una temperatura all’orizzonte degli eventi di un buco nero, ne consegue che sia possibile assegnare una temperatura alla superficie dell’orizzonte di una galassia. Utilizzando le loro equazioni per l’info-entropia, hanno calcolato il raggio galattico e quella che chiamano temperatura olografica. Ora, con la temperatura olografica e l’entropia della Via Lattea, sono riusciti a calcolarne la massa, ottenendo il risultato di circa 0.94 trilioni di masse solari, notevolmente vicina alla massa viriale della galassia (circa 1.3 trilioni di masse solari). Notiamo che la massa osservabile della Via Lattea è di circa solo 250 miliardi di masse solari, tuttavia la massa viriale è la massa determinata dalla curva di velocità asintotica, che non può essere spiegata dalla massa visibile della galassia e per questo di postula la presenza di “materia oscura”.
Quello che i loro calcoli mostrano, è che postulare la materia oscura (che finora non è stata identificata) è superfluo. La forza entropica che ordina la galassia in una doppia geometria logaritmica, spiega l’energia aggiuntiva necessaria per la velocità anomala delle galassie. Esiste quindi un vero e proprio campo morfogenico che è la fonte della formazione causativa tramite una forza entropica emergente.
“Le stelle nella galassia seguono la coreografia di una forza entropica che le accoppia formando spirali che massimizzano l’entropia”.
Questo lavoro segue un approccio simile a quello della fisica unificata, ovvero un modello che non varia dalla scala quantistica a quella biologica e cosmologica. Come nell’approccio generalizzato di Nassim Haramein, Jaynes e Parker vedono l’entropia del sistema come forza che guida struttura, dimensione e massa di un sistema. Nel loro lavoro si concentrano sulla entropia di superficie di una struttura elicoidale, dove la dimensione è governata dal cambiamento di volume relativamente alla scala di Planck e non sorpende che trovino un risultato approssimativamente uguale (diverso per un fattore di 5) a quello che si ottiene dall’approccio olografico generalizzato di Haramein.
di William Brown e Amira Val Baker
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