Secondo un nuovo studio, il tempo potrebbe non essere un elemento fondamentale dell’Universo, ma piuttosto un’illusione derivante dall’entanglement quantistico.
Il tempo è un miraggio della fisica quantistica?
Il tempo è un problema spinoso per i fisici. Il suo comportamento incoerente tra le nostre migliori teorie dell’Universo contribuisce a creare una situazione di stallo che impedisce ai ricercatori di trovare una “teoria del tutto“, ovvero un quadro che spieghi tutta la fisica dell’Universo.
Nel nuovo studio, i ricercatori suggeriscono di aver trovato un indizio per risolvere quel problema: rendendo il tempo una conseguenza dell’entanglement quantistico, la strana connessione tra due particelle distanti. Il team ha pubblicato le sue scoperta sulla rivista Physical Review A.
Lo studio
“Esiste un modo per introdurre il tempo che è coerente sia con le leggi classiche che con quelle quantistiche, ed è una manifestazione di entanglement”, ha detto il primo autore Alessandro Coppo, un fisico del Consiglio Nazionale delle Ricerche italiano: “La correlazione tra l’orologio e il sistema crea il suo emergere, un ingrediente fondamentale nelle nostre vite”.
Nella meccanica quantistica, la nostra migliore teoria del mondo microscopico, il tempo è un fenomeno fisso, un flusso inesorabile e unidirezionale dal passato al presente. Rimane esterno agli insoliti e mutevoli sistemi quantistici che misura e può essere visto solo osservando i cambiamenti di entità esterne, come le lancette di un orologio.
Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, che descrive oggetti più grandi, come i nostri corpi, le stelle e le galassie, il tempo è intrecciato con lo spazio e può essere deformato e dilatato ad alte velocità o in presenza di gravità. Questo lascia le nostre due migliori teorie della realtà in un vicolo cieco fondamentale. Senza la sua risoluzione, una teoria coerente di tutto rimane fuori portata: “Sembra che ci sia una grave incoerenza nella teoria quantistica“, ha aggiunto Coppo: “Questo è quello 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 non entangled, d’altro canto, esso non esiste e il sistema percepisce l’Universo come congelato e immutabile.
Applicando il meccanismo di Page e Wootters a due stati quantistici teorici aggrovigliati 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 descritto perfettamente dall’equazione di Schrödinger, che prevede il comportamento degli oggetti quantistici. Tuttavia la loro versione della famosa equazione funzionava in base agli stati dei minuscoli magneti che agiscono come un orologio.
Questa intuizione non è nuova, ma il passo successivo del team lo è stato quello di ripetere i loro calcoli due volte, supponendo 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 suo flusso è una conseguenza dell’entanglement anche per oggetti su larga scala.
“Siamo fermamente convinti che la direzione corretta e logica sia quella di partire dalla fisica quantistica e capire come arrivare alla fisica classica, non il contrario“, ha affermato Coppo.
Altri fisici hanno espresso cautela. Nonostante abbiano trovato il meccanismo di Page e Wootters un’idea interessante per le origini quantistiche del tempo e hanno detto che deve ancora produrre qualcosa di testabile.
“Sì, è matematicamente coerente pensare che sia universale come all’intreccio tra campi quantistici e stati quantistici dello spazio 3D“, ha detto Vlatko Vedral, Professore di scienza dell’informazione quantistica all’Università di Oxford, non coinvolto nel lavoro: “Tuttavia, nessuno sa se da questa immagine uscirà qualcosa di nuovo o fruttuoso, come modifiche alla fisica quantistica e alla relatività generale, e i corrispondenti test sperimentali”.
Nonostante questi dubbi, costruire nuove teorie partendo dalla meccanica quantistica potrebbe comunque essere un punto di partenza promettente, a patto che possano essere adattate agli esperimenti.
Conclusioni
“Forse c’è qualcosa nell’entanglement in cui gioca un ruolo“, ha detto a Live Adam Frank, un fisico teorico dell’Università di Rochester a New York che non è stato coinvolto nello studio: “Forse l’unico modo per comprendere il tempo non è da una prospettiva divina, ma dall’interno, da una prospettiva che chiede cosa c’è nella vita che manifesta un tale aspetto del mondo”.
