In un esperimento effettuato sulle fluttuazioni quantistiche alla scala di Planck, i fisici hanno confermato che lo spazio tempo è continuo.
Questo esperimento conferma che attualmente non è possibile trovare una teoria che unifichi la Relatività generale e la Meccanica quantistica, uno dei limiti più grandi che ci impedisce di comprendere l’universo.
La relatività generale scritta da Albert Einstein è la teoria della gravitazione che descrive le interazioni gravitazionali su larga scala nell’Universo. La relatività viene utilizzata per fare previsioni sul comportamento dello spazio tempo, sulle onde gravitazionali e in parte sui buchi neri.
Lo spazio tempo descritto dalla relatività segue il principio di località, ovvero i corpi vengono influenzati solo dai loro immediati dintorni nello spazio e nel tempo.
Nel regno quantistico a scale atomiche e subatomiche, la relatività generale perde la sua validità e la meccanica quantistica prende il sopravvento.
Nulla nel regno quantistico accade in un luogo o in un tempo specifico finché non viene misurato e parti di un sistema quantistico separate dallo spazio o dal tempo possono ancora interagire tra loro, un fenomeno noto come non località.
Le due teorie, che spiegano l’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo, in qualche modo coesistono, anche se una teoria che le unisca non è stata ancora trovata.
Una teoria per capire se lo spazio tempo è continuo
Per fondere le due teorie e capire se lo spazio tempo è continuo o invece è quantizzato è stato ideato uno strumento chiamato Oloometro. Il dispositivo si trova al Fermilab, è fa parte di un progetto guidato dall’astronomo e fisico Craig Hogan dell‘Università di Chicago.
Questo strumento è progettato per rilevare le fluttuazioni quantistiche dello spazio-tempo alle unità più piccole possibili: una lunghezza di Planck, 10-33 centimetri e il tempo di Planck, cioè quanto tempo impiega un fotone a percorrere la lunghezza di Planck.
Lo strumento è composto da due interferometri identici di 40 metri di lunghezza che si intersecano in un divisore di fascio.
Un laser viene sparato contro lo splitter e inviato verso due specchi, i due raggi risultanti vengono nuovamente riflessi indietro verso lo splitter che li ricombina. Eventuali fluttuazioni alla scala di Planck indicano che il raggio che torna indietro è diverso dal raggio che è stato emesso.
Alcuni anni fa l‘oloometro ha effettuato una rilevazione nulla di tremoli quantistici nello spazio-tempo.
Ciò ha suggerito che lo spazio-tempo è continuo, così come possiamo misurarlo attualmente, non è quantizzato; vale a dire che se lo fosse, potrebbe essere suddiviso in unità discrete, indivisibili o quanti proprio come la luce.
All’epoca dell’esperimento i bracci dell’interferometro erano diritti, non poteva rilevare altri tipi di movimento, ad esempio se le fluttuazioni fossero rotazionali. E questo potrebbe avere molta importanza.
“Nella relatività generale, la materia in rotazione trascina lo spazio-tempo con sé. In presenza di una massa rotante, la cornice non rotante locale, misurata da un giroscopio, ruota rispetto all’Universo distante, misurato da stelle lontane”, ha scritto Hogan delFermilab che ha aggiunto:
“Potrebbe benissimo essere che lo spazio-tempo quantistico abbia un’incertezza su scala di Planck del frame locale, che porterebbe a fluttuazioni rotazionali casuali o torsioni che non avremmo rilevato nel nostro primo esperimento, e troppo piccole da rilevare in qualsiasi normale giroscopio”.
Per capire se lo spazio tempo è continuo, il team ha ridisegnato lo strumento per analizzare l’effetto di trascinamento.
Allo strumento sono stati aggiunti altri specchi in grado di rilevare qualsiasi sfasamento quantistico derivato dalla rotazione. Il risultato è stato un giroscopio ultra sensibile in grado di rilevare torsioni alla scala di Planck che cambiano direzione un milione di volte al secondo.
Dopo aver effettuato cinque sessioni di osservazione condotte tra aprile 2017 e agosto 2019, il team ha raccolto 1.098 ore di dati di serie temporali con doppio interferometro senza registrare nessuna anomalia. Per quanto ne sappiamo, lo spazi-tempo è continuo.
Anche se la ricerca ha confermato, almeno per ora, che lo spazio tempo è continuo come un fluido, anche alla scala di Planck non è stata certo una perdita di tempo.
L’Oloometro è uno strumento unico e il suo utilizzo,a prescindere dai risultati ci aiuteranno a capire come la meccanica quantistica e la relatività si inter scambiano alla scala di Planck.
“Potremmo non capire mai come funziona lo spazio-tempo quantistico senza alcune misurazioni che guidino la teoria”, ha detto Hogan . “Il programma Holometer è esplorativo. Il nostro esperimento è iniziato solo con teorie approssimative per guidarne la progettazione, e non abbiamo ancora un modo unico per interpretare i nostri risultati nulli, poiché non esiste una teoria rigorosa di ciò che stiamo cercando“.
Anche a piccola scala lo spazio tempo è continuo, però l’apparente fluidità può essere dovuta a una simmetria che crea un modello delo spazio tempo che è sfuggita alle misurazioni.
osservazioni più accurate in futuro ci potrebbe dare degli indizi su come lo spazio tempo emerge da un fenomeno quantistico più profondo.
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