Il tempo scorre davvero in un solo modo? Oppure, a livello quantistico, potrebbe esistere simultaneamente in stati diversi, scorrendo più velocemente e più lentamente nello stesso istante?
Una nuova ricerca pubblicata su Physical Review Letters suggerisce che potremmo essere vicini a verificare sperimentalmente una delle ipotesi più strane della fisica moderna. Per farlo, gli scienziati vogliono usare strumenti già oggi considerati tra gli oggetti più precisi mai costruiti dall’umanità: gli orologi atomici ottici.
Lo studio è stato condotto da ricercatori dello Stevens Institute of Technology, della Colorado State University e del National Institute of Standards and Technology.
Einstein aveva già incrinato il concetto di tempo assoluto
Da quando Albert Einstein pubblicò la relatività generale, sappiamo che il tempo non è universale né assoluto.
Il suo scorrere dipende:
- dalla velocità,
- dalla gravità,
- dalla posizione dell’osservatore.
Un orologio che viaggia molto velocemente, ad esempio, scorrerà più lentamente rispetto a uno fermo sulla Terra. È un effetto reale, verificato sperimentalmente più volte e fondamentale persino per il funzionamento del GPS.
Ma la meccanica quantistica porta il problema ancora oltre.
Secondo alcune interpretazioni della teoria quantistica, il tempo potrebbe comportarsi come altre grandezze quantistiche, esistendo in una sovrapposizione di stati diversi fino al momento della misura.
In altre parole:
un sistema potrebbe sperimentare simultaneamente più “flussi temporali”.
Gli orologi atomici come laboratorio del tempo
Gli orologi atomici funzionano sfruttando le oscillazioni estremamente regolari degli atomi, che agiscono come metronomi naturali.
La loro precisione è tale da perdere meno di un secondo nell’arco di miliardi di anni.
Oggi questi strumenti sono fondamentali per:
- telecomunicazioni,
- sistemi GPS,
- sincronizzazione globale delle reti.
Ma secondo i ricercatori potrebbero diventare anche strumenti ideali per studiare la natura quantistica del tempo stesso.
Il motivo è sottile ma affascinante:
gli orologi atomici si basano sul movimento e sulle vibrazioni degli atomi. E nella fisica quantistica anche il movimento può trovarsi in una sovrapposizione di stati.
Se il moto può essere quantistico, allora forse anche il tempo misurato da quel moto potrebbe esserlo.
Il “paradosso dei gemelli quantistico”
La relatività viene spesso spiegata attraverso il celebre “paradosso dei gemelli”:
- un gemello parte per un viaggio spaziale ad altissima velocità;
- l’altro resta sulla Terra;
- al ritorno, i due avranno età diverse.
La nuova ricerca estende questa idea alla fisica quantistica.
In un cosiddetto “paradosso dei gemelli quantistico”, un singolo sistema potrebbe esistere contemporaneamente in più stati temporali differenti, sperimentando più linee temporali sovrapposte.
Finora questa possibilità era rimasta puramente teorica, perché nessuna tecnologia era abbastanza sensibile per tentare una verifica sperimentale.
Ora però la situazione potrebbe cambiare.
Le fluttuazioni quantistiche potrebbero alterare il tempo
Secondo il team, gli orologi atomici di nuova generazione sono diventati talmente sensibili da riuscire a rilevare minuscole variazioni temporali prodotte persino dalle vibrazioni termiche residue della materia.
E il punto cruciale è che queste variazioni non scompaiono neppure allo zero assoluto.
Anche quando tutta l’energia termica viene rimossa, restano infatti le inevitabili fluttuazioni quantistiche previste dalla meccanica quantistica.
Utilizzando tecniche derivate dal quantum computing, i ricercatori ritengono che sarà possibile creare particolari stati quantistici “compressi”, chiamati squeezed states, in cui questi effetti potrebbero diventare misurabili.
In teoria, un singolo orologio potrebbe quindi registrare il tempo come se scorresse contemporaneamente più veloce e più lento.
Verso una nuova fisica del tempo?
Se esperimenti futuri confermassero questi effetti, le conseguenze sarebbero enormi.
La fisica moderna è infatti ancora divisa tra:
- relatività generale,
- meccanica quantistica.
Due teorie straordinariamente accurate ma profondamente incompatibili nel descrivere il tempo.
Questa ricerca rappresenta uno dei primi tentativi concreti di cercare tracce sperimentali di una possibile natura quantistica del tempo.
E forse è proprio questo l’aspetto più affascinante:
potremmo essere vicini a scoprire che il tempo, una delle cose che percepiamo come più solide e continue, a livello fondamentale è molto più ambiguo di quanto la nostra intuizione riesca a concepire.
Fonte: APS
