Il tempo: un miraggio della fisica quantistica —
Un nuovo studio suggerisce che il tempo potrebbe non essere un elemento fondamentale dell’universo, ma piuttosto un’illusione che emerge dall’entanglement quantistico, un fenomeno fisico straordinario che avviene quando due o più particelle diventano interdipendenti in modo tale che lo stato quantistico di una particella non può essere descritto indipendentemente dallo stato delle altre, anche se le particelle sono separate da grandi distanze. Questo fenomeno è uno dei principali risultati della meccanica quantistica e ha importanti implicazioni sia per la nostra comprensione della natura sia per lo sviluppo di tecnologie avanzate come il calcolo quantistico e la crittografia quantistica.
Il tempo è un problema spinoso per i fisici; il suo comportamento incoerente rispetto alle nostre migliori teorie dell’universo contribuisce a creare una situazione di stallo che impedisce ai ricercatori di trovare una “teoria del tutto” o una struttura per spiegare tutta la fisica dell’universo. Ma nel nuovo studio, pubblicato recentemente su Physical Review A dai ricercatori italiani Alessandro Coppo, Alessandro Cuccoli e Paola Verrucchi si parla di un indizio per risolvere il problema, se si considera il tempo una conseguenza dell’entanglement quantistico.
“Esiste un modo per introdurre il tempo che è coerente sia con le leggi classiche sia con le leggi quantistiche, ed è una manifestazione di entanglement” conferma Alessandro Coppo, “La correlazione tra l’orologio e il sistema crea l’emergere del tempo, ingrediente fondamentale nella nostra vita.”
Nella meccanica quantistica il tempo è un fenomeno fisso: un flusso inesorabile e unidirezionale dal passato al presente. Rimane esterno ai sistemi quantistici in continua evoluzione: può essere visto solo osservando i cambiamenti di entità esterne, come le lancette di un orologio.
Eppure, secondo la teoria della relatività di Einstein, il tempo nello spazio può essere deformato e dilatato ad alta velocità o in presenza di gravità. Ciò lascia le nostre due migliori teorie della realtà in un vicolo cieco fondamentale. Senza la sua risoluzione, una teoria coerente del tutto resta fuori portata. “Sembra che ci sia una grave incoerenza nella teoria quantistica” prosegue Coppo. “Questo è ciò che chiamiamo il problema del tempo.”
Per risolvere questo problema, i ricercatori si sono rivolti a una teoria chiamata meccanismo di Page e Wootters. Proposta per la prima volta nel 1983, la teoria suggerisce che il tempo emerge per un oggetto attraverso il suo entanglement quantistico con un altro che funge da orologio. Per un sistema senza nodi, invece, il tempo non esiste e il sistema percepisce l’universo come congelato e immutabile.
Applicando il meccanismo di Page e Wootters a due stati quantistici teorici entangled ma non interagenti – uno un oscillatore armonico vibrante e l’altro un insieme di minuscoli magneti che agiscono come un orologio – i fisici hanno scoperto che il loro sistema poteva essere perfettamente descritto dall’equazione di Schrödinger, che predice il comportamento degli oggetti quantistici. Eppure, al posto del tempo, la loro versione della famosa equazione funzionava secondo gli stati dei minuscoli magneti che fungevano da orologio.
Questa intuizione non è nuova, ma il passo successivo del team lo è stato. Hanno ripetuto i loro calcoli due volte, assumendo prima che l’orologio magnetico e poi l’oscillatore armonico fossero oggetti macroscopici (più grandi). Le loro equazioni si sono semplificate in quelle della fisica classica, suggerendo che il flusso del tempo è una conseguenza dell’entanglement anche per oggetti su larga scala.
“Crediamo fortemente che la direzione corretta e logica sia quella di partire dalla fisica quantistica e capire come arrivare alla fisica classica, e non viceversa”, ha affermato Coppo. Altri fisici hanno espresso cautela. Nonostante abbiano trovato il meccanismo di Page e Wootters un’idea affascinante per le origini quantistiche del tempo, hanno affermato che non ha ancora prodotto nulla di verificabile.
“Sì, è matematicamente coerente pensare al tempo universale come all’entanglement tra campi quantistici e stati quantistici dello spazio 3D”, ha detto Vlatko Vedral, professore di scienza dell’informazione quantistica all’Università di Oxford. “Tuttavia, nessuno sa se da questo quadro emergerà qualcosa di nuovo o fruttuoso, come modifiche alla fisica quantistica e alla relatività generale e corrispondenti test sperimentali.”
Nonostante questi dubbi, costruire teorie del tempo dal basso a partire dalla meccanica quantistica potrebbe comunque essere un punto di partenza promettente, a patto che possano essere modellate per adattarsi agli esperimenti. “Forse c’è qualcosa nell’entanglement in cui gioca un ruolo” conclude Adam Frank, fisico teorico dell’Università di Rochester. “Forse l’unico modo per comprendere il tempo non è dalla prospettiva dell’occhio di Dio, ma dall’interno, dalla prospettiva di chiedersi cosa c’è nella vita che manifesta una tale apparenza del mondo.”
