Esistono diversi modelli di gravità quantistica che uniscono il molto grande al molto piccolo. E un recente articolo esamina la possibilità di viaggiare nel tempo in questi modelli di gravità quantistica.
La maggior parte degli appassionati di fantascienza sono pronti a sostenere che esiste un modo “onorato dal tempo” (inteso come gioco di parole) per costruire una macchina del tempo, ad esempio attraversando un wormhole per viaggiare da un’epoca all’altra, un sistema che sembra funzionare in film come Thor e Interstellar.
Secondo la relatività generale, questo potrebbe effettivamente funzionare.
Tuttavia, quando si tratta della nostra comprensione dell’Universo, la relatività generale potrebbe non essere l’ultima parola.
In effetti, la relatività generale compie un ottimo lavoro nel prevedere come oggetti macroscopici, quali stelle e pianeti, si muovono e interagiscono, non riesce dare una spiegazione fondamentale dell’Universo.
La relatività generale non tiene conto del piccolo e strano mondo della meccanica quantistica.
Secondo la relatività generale, oggetti di grandi dimensioni, come pianeti, stelle o galassie, interagiscono in modo continuo. La stessa gravità è una forza continua. Nella meccanica quantistica, tuttavia, lo spazio, la materia, l’energia, le interazioni… Tutto… Sono quantizzati. Ciò significa che c’è una granulosità nello spazio: in pratica, con un ingrandimento sufficiente si dovrebbero poter vedere i “pixel” dello spazio.
Per cercare di capire come la relatività generale può essere unita alla meccanica quantistica, i fisici stanno tentando di sviluppare una teoria della gravità quantistica. Una teoria che funzionasse spiegherebbe sia il grandissimo, pianeti e ammassi di galassie, sia il piccolissimo – atomi e quark. Esistono diversi modelli di gravità quantistica che uniscono il molto grande al molto piccolo. E un recente articolo esamina la possibilità di viaggiare nel tempo in questi modelli di gravità quantistica.
Innanzitutto, cos’è il viaggio nel tempo in fisica?
Immagina di acquistare un biglietto aereo da LAX e di circumnavigare il mondo, per poi tornare a Los Angeles. Sei tornato nello stesso punto esatto che hai lasciato. Puoi anche immaginare di fare la stessa cosa attraverso lo spaziotempo, solo invece di tornare nello stesso punto che hai lasciato, ritorni allo stesso tempo che hai lasciato. Tale concetto è chiamato curva del tempo chiusa ed è un modo per viaggiare nel tempo.
In teoria, la relatività generale consente curve chiuse simili al tempo. Potrebbero potenzialmente formarsi in buchi neri (Kerr-Newman-spaziotempo) o nei wormhole (ponti di Einstein-Rosen).
Non li abbiamo mai osservati, ma matematicamente potrebbero essere possibili.
Come sarebbero le osservazioni?
“Finora, non è stato osservato niente del genere“, afferma il Dr. Christian Wüthrich. Il Dr. Wüthrich è autore del nuovo studio e professore associato di filosofia all’Università di Ginevra. “Cosa significherebbe osservarlo? Sfortunatamente anche questo non è così chiaro. Ma forse esistono effetti che possono davvero essere spiegati solo se diciamo che sono nati da una piccola regione contenente curve chiuse simili al tempo“.
Che aspetto ha l’Universo secondo le principali teorie della gravità quantistica? Sono ancora consentite le curve temporali chiuse?
Diamo un’occhiata più da vicino a queste teorie.
Nella gravità quantistica ad anello, la gravità è costituita da “particelle” chiamate quanti. Ma queste particelle non sono come fotoni o quark. I quanti sono la base dello spazio e del tempo stesso.
Ciò che percepiamo come spazio è in realtà una sequenza di quanti, e ciò che vediamo come il tempo è come evolvono i quanti. Come lo descrive Carlo Rovelli, una maglietta con tutti i fili che la compongono è come lo spaziotempo. Se togli la maglietta non esiste più.
“Ad una prima approssimazione, la gravità quantistica ad anello considera davvero (come un presupposto di base) il settore del GR con tempi spaziali iperbolici (e quindi ben comportati) a livello globale“, afferma il Dr. Wüthrich.
Le curve temporali chiuse avrebbero bisogno di una sezione dello spaziotempo in cui il tempo ritorni su se stesso. Se lo spaziotempo è globalmente iperbolico, non ci sono luoghi in cui ciò potrebbe accadere. Pertanto, sembra che la gravità quantistica ad anello non consenta il viaggio nel tempo.
Nella teoria degli insiemi causali, tutto lo spazio, il tempo e la materia sono costituiti da momenti ed eventi discreti che si causano l’un l’altro. La sveglia è suonata, il che ti ha fatto mangiare la colazione. Fare colazione ti ha fatto lavare i denti. Potresti dire che la definizione di te stesso, secondo la teoria dell’insieme causale, è l’insieme di tutti i momenti e le azioni che hai mai fatto, provocati l’uno dall’altro. Ognuna di queste azioni discrete consisterebbe nel “set di te“.
Nella teoria degli insiemi causali, qualsiasi cosa, anche lo spazio e il tempo, ha i suoi momenti discreti dove un’azione segue un’altra. Gli eventi non correlati, come il prossimo che si lava i denti, non influiscono su ciò che fai e non fanno parte del tuo set. Ma le cose che sono nel tuo set – tutte le tue azioni precedenti – sono necessarie per definirti.
Per pensare ad un viaggio nel tempo nella teoria degli insiemi causali, avremmo bisogno di un ciclo di eventi. In altre parole, l’evento A causa l’evento B che causa l’evento C. Se dovessimo dire A causa B, e B causa A (come accadrebbe in un circuito chiuso simile al tempo) A e B dovrebbero essere lo stesso evento. Pertanto, sembra che nella teoria degli insiemi causali, il viaggio nel tempo non sia possibile.
La gravità quantistica semi-classica afferma che la materia obbedisce alle leggi della meccanica quantistica, mentre la gravità e lo spaziotempo obbediscono alle leggi classiche. Al momento, non è chiaro se in questo caso sia consentito o meno il viaggio nel tempo. Molto dipende da cose che non sappiamo ancora.
In breve, si tratta di condizioni energetiche o di una convinzione generale che l’energia dovrebbe essere positiva. “Le condizioni energetiche che possono essere assunte nella relatività generale possono in realtà essere violate in una teoria quantistica, anche nella gravità quantistica semi-classica. Se tali violazioni sono possibili (come è normalmente ipotizzato in una teoria quantistica), la gravità quantistica semi-classica può essere più permissivo [sul viaggio nel tempo]“, spiega il Dr. Wüthrich. Al momento, la teoria non è sufficientemente approfondita per comprendere queste condizioni energetiche – quindi non si sa se il viaggio nel tempo è permesso in questo tipo di Universo.
Ora le cose si fanno divertenti.
Nella teoria delle stringhe, quelle che vediamo come particelle sono in realtà “stringhe” monodimensionali molto piccole. Vediamo un quark o un elettrone a seconda di come la corda sta vibrando, un po’ come se sentissimo note diverse da una corda di violino che vibra.
Nella teoria delle stringhe, le curve chiuse simili al tempo potrebbero non solo essere consentite, ma potrebbero essere ovunque.
Ma anche questa potrebbe non essere l’ultima parola.
Infatti, anche se sembra che le teorie della gravità quantistica ad anello e la teoria dell’insieme causale escludano il viaggio nel tempo, potrebbe essere possibile su scale più grandi. “L’idea è che, sebbene su piccola scala fondamentale, non vi siano violazioni della causalità, potrebbe esserci ancora una nuova scala, cosmologica“. Ciò significa che il viaggio nel tempo potrebbe ancora esistere con l’aiuto dei buchi neri, ma forse anche su scale cosmologiche.
Ci sono ancora molte cose che non conosciamo sulla natura del nostro Universo e le nostre teorie sulla gravità quantistica non sono ancora provate né completamente comprese.
Quindi, se sia possibile viaggiare nel tempo, solo il tempo potrà dirlo.
