questi scienziati mostrano come usarlo per comprendere la natura
di William Brown e Amira Val Baker
30 OTTOBRE 2020
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 lordinamento nella scala microscopica di un sistema,
è detta entropia e quindi dobbiamo approfondirla.
Quando parliamo di entropia, dobbiamo ricordare che lidea 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 nellelettromagnetismo. Come in questi casi, dove il cambiamento di stato
di uno, risulta nel cambiamento dellaltro, 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 dellInfo-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 lentropia e
un sistema arriverà sempre nello stato che massimizza lentropia, rendendo questa configurazione la
condizione più stabile o di equilibrio e così si può comprendere lubiquità 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 lesatta 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 dellelica 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 lentropia 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 lentropia di una galassia è dominata dal suo buco
nero centrale. Quindi, utilizzando la famosa equazione di Hawking e Bekenstein, lentropia 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
lequazione di Einstein.
Secondo Jeynes e Parker, se puoi assegnare una temperatura allorizzonte degli eventi di un buco
nero, ne consegue che sia possibile assegnare una temperatura alla superficie dellorizzonte di una
galassia. Utilizzando le loro equazioni per linfo-entropia, hanno calcolato il raggio galattico e
quella che chiamano temperatura olografica. Ora, con la temperatura olografica e lentropia 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 lenergia 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 lentropia.
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 nellapproccio generalizzato di
Nassim Haramein, Jaynes e Parker vedono lentropia 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 dallapproccio olografico generalizzato di Haramein.
www.nature.com/articles/s41598-019-46765-w
hiup.org
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