Come un metronomo che batte il tempo per un musicista, un orologio cosmico fondamentale potrebbe battere il tempo per tutto l’universo. Ma se esiste un orologio del genere, funziona molto velocemente. In fisica, il tempo è in genere pensato come una quarta dimensione. Ma alcuni fisici hanno ipotizzato che il tempo potrebbe essere il risultato di un processo fisico, come il ticchettio di un orologio intrinseco.
Se l’universo ha un orologio fondamentale, deve battere più veloce di un miliardo di trilioni di miliardi di volte al secondo, secondo uno studio teorico pubblicato il 19 giugno su Physical Review Letters.
Nella fisica delle particelle, minuscole particelle fondamentali possono raggiungere proprietà mediante interazioni con altre particelle o campi. Le particelle acquisiscono massa, ad esempio, interagendo con il campo di Higgs, una sorta di melassa che pervade tutto lo spazio ( SN: 7/07/12 ). Forse le particelle potrebbero sperimentare il tempo interagendo con un tipo di campo simile, afferma il fisico Martin Bojowald della Penn State. Quel campo potrebbe oscillare, con ogni ciclo che funge da tick regolare. “È proprio come quello che facciamo con i nostri orologi“, afferma Bojowald, coautore dello studio.a
Il tempo è un concetto sconcertante in fisica: due teorie fondamentali della fisica si scontrano su come definirlo. Nella meccanica quantistica, che descrive come funzionano le particelle fondamentali, “il tempo è proprio lì. È stabile. È uno sfondo”, afferma la fisica Flaminia Giacomini del Perimeter Institute di Waterloo, in Canada. Ma nella teoria generale della relatività, che descrive la gravità, il tempo cambia in modo bizzarro. Un orologio vicino a un oggetto enorme ticchetta più lentamente di uno più lontano, quindi un orologio sulla superficie della Terra è in ritardo rispetto a uno a bordo di un satellite in orbita.
Nel tentativo di combinare queste due teorie in un’unica teoria della gravità quantistica, “il problema del tempo è in realtà abbastanza importante“, afferma Giacomini, che non era coinvolta nella ricerca. Studiare diversi meccanismi per il tempo, compresi gli orologi fondamentali, potrebbe aiutare i fisici a formulare questa nuova teoria.
I ricercatori hanno considerato l’effetto che un orologio fondamentale avrebbe sul comportamento degli orologi atomici, gli orologi più precisi mai realizzati. Se l’orologio fondamentale ticchettasse troppo lentamente, questi orologi atomici sarebbero inaffidabili perché non sarebbero sincronizzati con l’orologio fondamentale. Di conseguenza, gli orologi atomici ticchetterebbero a intervalli irregolari, come un metronomo che non è in grado di mantenere un ritmo costante. Ma finora, gli orologi atomici sono stati altamente affidabili, consentendo a Bojowald e ai suoi colleghi di determinare il range di velocità con cui quell’orologio fondamentale deve battere, se esiste.
I fisici sospettano che ci sia un limite ultimo alla suddivisione fine dei secondi. La fisica quantistica proibisce qualsiasi intervallo di tempo inferiore a circa 10 -43 secondi, un periodo noto come tempo di Planck. Se esiste un orologio fondamentale, il tempo di Planck potrebbe essere un ritmo ragionevole per il suo ticchettio.
Per testare l’idea, gli scienziati avrebbero bisogno di aumentare il loro limite attuale sul tasso di ticchettio dell’orologio – quel miliardo di trilioni di miliardi di volte al secondo, di un fattore di circa 20 miliardi. Sembra un enorme divario, ma per alcuni fisici è inaspettatamente basso. “Questo è già sorprendentemente vicino al tempo di Planck“, afferma la fisica Bianca Dittrich, che non era coinvolta nella ricerca. “Di solito il regime di Planck è davvero molto lontano da ciò che riusciamo a fare“.
Tuttavia, Dittrich pensa che probabilmente non esiste un orologio fondamentale nell’universo, ma, piuttosto, probabilmente esistono una varietà di processi che potrebbero essere utilizzati per misurare il tempo.
Tuttavia, il nuovo risultato è più vicino al tempo di Planck rispetto agli esperimenti con il più grande acceleratore di particelle del mondo, il Large Hadron Collider, afferma Bojowald. In futuro, orologi atomici ancora più precisi potrebbero fornire ulteriori informazioni su ciò che fa battere l’universo.
Fonte: ScienceNews
