La relatività speciale potrebbe essere alla base dell’esotismo quantistico?

L'evoluzione delle probabilità e dei fenomeni apparentemente "impossibili" della Meccanica Quantistica potrebbe trovare la propria origine nella teoria della relatività speciale, come suggeriscono due fisici teorici

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Sin dai suoi inizi, la meccanica quantistica non ha smesso di stupirci con le sue peculiarità, così difficili da capire.

Perché una particella sembra passare attraverso due fenditure contemporaneamente? Perché, invece di previsioni specifiche, possiamo solo parlare dell’evoluzione delle probabilità?

Secondo i teorici delle università di Varsavia e Oxford, le caratteristiche più importanti del mondo quantistico potrebbero derivare dalla teoria della relatività speciale, che fino ad ora sembrava avere poco a che fare con la meccanica quantistica.

Dall’arrivo della meccanica quantistica e della teoria della relatività, i fisici hanno perso il sonno per l’incompatibilità di questi tre concetti (tre, poiché ci sono due teorie della relatività: speciale e generale). È stato comunemente accettato che è la descrizione della meccanica quantistica ad essere la più fondamentale e che la teoria della relatività dovrà essere adattata ad essa.

Il Dr. Andrzej Dragan della Facoltà di Fisica dell’Università di Varsavia (FUW) e il Prof. Artur Ekert dell’Università di Oxford (UO) hanno presentato un loro ragionamento che porta ad una conclusione diversa. Nell’articolo “Il principio quantistico della relatività“, pubblicato sul New Journal of Physics, dimostrano che le caratteristiche della meccanica quantistica che determinano la sua unicità e il suo esotismo non intuitivo – accettato, per lo più, sulla fede (come assiomi) – possono essere spiegate nell’ambito della teoria della relatività speciale. Bisogna solo decidere su un certo passo molto poco ortodosso.



Albert Einstein ha basato la teoria speciale della relatività su due postulati. Il primo è noto come principio di relatività della Galilea (che, si noti, è un caso speciale del principio copernicano) che afferma che la fisica è la stessa in ogni sistema inerziale (cioè uno che è a riposo o in un movimento su una linea retta costante). Il secondo postulato, formulato sul risultato del famoso esperimento Michelson-Morley, impose il requisito di una velocità costante della luce in ogni sistema di riferimento.

Einstein considerava cruciale il secondo postulato. In realtà, ciò che è cruciale è il principio di relatività. Già nel 1910 Vladimir Ignatowski dimostrò che basandosi solo su questo principio è possibile ricostruire tutti i fenomeni relativistici della teoria della relatività speciale. Un ragionamento sorprendentemente semplice, che porta direttamente dal principio della relatività al relativismo, che è stato presentato nel 1992 anche dal professor Andrzej Szymacha della nostra facoltà “, spiega Dragan.

La teoria della relatività speciale è una struttura coerente che consente tre tipi matematicamente corretti di soluzioni: un mondo di particelle che si muovono a velocità subluminali, un mondo di particelle che si muovono alla velocità della luce e un mondo di particelle che si muovono a velocità superluminali.

La terza opzione è sempre stata respinta perché non ha nulla a che fare con la realtà.

Abbiamo posto la domanda: cosa succede se, per ora, senza entrare nella fisicità o nella non fisicità delle soluzioni, prendiamo sul serio non parte della teoria della relatività speciale, ma tutto insieme al sistema superluminale? Ci aspettavamo paradossi causa-effetto. Nel frattempo, abbiamo visto esattamente quegli effetti che formano il nucleo più profondo della meccanica quantistica “, affermano il Dr. Dragan e il Prof. Ekert.

Inizialmente, entrambi i teorici hanno considerato un caso semplificato: spazio-tempo con tutte e tre le famiglie di soluzioni, ma costituito da una sola dimensione spaziale e una temporale (1 + 1). Una particella a riposo in un sistema di soluzioni sembra muoversi superluminalmente nell’altro, il che significa che la superluminalità stessa è relativa.

In un continuum spazio-temporale costruito in questo modo, gli eventi non deterministici si verificano naturalmente. Se in un sistema al punto A esiste una generazione di una particella superluminale, anche completamente prevedibile, emessa verso il punto B, dove semplicemente non ci sono informazioni sui motivi dell’emissione, quindi dal punto di vista dell’osservatore nel secondo sistema gli eventi vanno dal punto B al punto A, questo significa che tutto inizia da un evento completamente imprevedibile. Si scopre che effetti analoghi compaiono anche nel caso di emissioni di particelle subluminali.

Entrambi i teorici hanno anche dimostrato che, dopo aver preso in considerazione le soluzioni superluminali, il moto di una particella su più traiettorie appare simultaneamente in modo naturale e una descrizione del decorso degli eventi richiede l’introduzione di una somma di ampiezze combinate di probabilità che indicano l’esistenza di sovrapposizione degli stati, un fenomeno finora associato solo alla meccanica quantistica.

Nel caso dello spazio-tempo con tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale (3 + 1), ovvero, corrispondente alla nostra realtà fisica, la situazione è più complicata.

Il principio di relatività nella sua forma originale non è preservato: i sistemi subluminale e superluminale sono distinguibili. Tuttavia, i ricercatori hanno notato che quando il principio di relatività viene modificato nella forma “La capacità di descrivere un evento in modo locale e deterministico non dovrebbe dipendere dalla scelta di un sistema di riferimento inerziale“, questo limita le soluzioni a quelle in che restano valide tutte le conclusioni della considerazione nello spazio-tempo (1 + 1).

Abbiamo notato, per inciso, la possibilità di un’interpretazione interessante del ruolo delle dimensioni individuali. Nel sistema che sembra superluminale all’osservatore alcune dimensioni spazio-temporali sembrano cambiare i loro ruoli fisici. Solo una dimensione della luce superluminale ha un carattere spaziale – quella lungo la quale si muove la particella. Le altre tre dimensioni sembrano essere dimensioni del tempo“. afferma Dragan.

Una caratteristica delle dimensioni spaziali è che una particella può muoversi in qualsiasi direzione o rimanere a riposo, mentre in una dimensione temporale una particella si propaga sempre in una direzione (ciò che chiamiamo invecchiamento nel linguaggio quotidiano).

Quindi, tre dimensioni temporali del sistema superluminale con una dimensione spaziale (1 + 3) significherebbe che le particelle inevitabilmente invecchiano in tre volte contemporaneamente. Osservando da un sistema subluminale (3 + 1) il processo di invecchiamento di una particella in un sistema superluminale (1 + 3), sembrerebbe come se la particella si stesse muovendo in un’onda sferica, portando al famoso principio Huygens (ogni punto su un fronte d’onda può essere trattato come una fonte di una nuova onda sferica) e al dualismo dell’onda corpuscolare.

Tutta la stranezza che appare quando si considerano le soluzioni relative a un sistema che sembra superluminale non risulta essere più estranea di ciò che la teoria quantistica comunemente accettata e verificata sperimentalmente ha da tempo affermato. Al contrario, tenendo conto di un sistema superluminale, è possibile — Almeno teoricamente — derivare alcuni dei postulati della meccanica quantistica dalla teoria della relatività speciale, postulati che di solito venivano accettati come non risultanti da altre ragioni più fondamentali“, conclude Dr Dragan.

Per quasi cento anni la meccanica quantistica ha atteso una teoria più profonda per spiegare la natura dei suoi misteriosi fenomeni. Se il ragionamento presentato dai fisici di FUW e UO resiste alla prova del tempo, la storia deriderà crudelmente tutti i fisici. La teoria “sconosciuta” cercata per decenni, spiegando l’unicità della meccanica quantistica, sarebbe qualcosa di già noto fin dal primo lavoro sulla teoria quantistica.

Fonte: Phys.org

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