Meccanica quantistica: un ponte tra Einstein e Schrödinger

La meccanica quantistica, con le sue insolite leggi e i suoi paradossi, ha rivoluzionato la nostra comprensione dell’Universo a livello microscopico. La sua convivenza con la fisica classica, che descrive il mondo macroscopico con leggi precise e deterministiche, rappresenta tuttavia uno dei più grandi enigmi della scienza moderna.

La meccanica quantistica e il paradosso della sovrapposizione

Uno dei concetti più controintuitivi della meccanica quantistica è la sovrapposizione: una particella può esistere in più stati contemporaneamente fino a quando non viene misurata. Un elettrone, ad esempio, può essere in due punti nello spazio allo stesso tempo. Ma se questo è vero a livello fondamentale, perché non osserviamo oggetti macroscopici che presentano simili comportamenti? Un gatto, secondo l’esperimento mentale di Schrödinger, potrebbe essere sia vivo che morto finché non apriamo la scatola. Eppure, nella nostra esperienza quotidiana, gli oggetti sono sempre in uno stato ben definito.

La misurazione è al centro di questo mistero. Come passa un sistema quantistico, che obbedisce alle leggi della probabilità, a uno stato definito quando viene misurato? Questo passaggio dal quantistico al classico è noto come “problema della misurazione” ed è oggetto di intense ricerche da decenni. Una delle teorie più promettenti per spiegare questa transizione è la decoerenza quantistica. Secondo questa teoria, un sistema quantisico interagisce costantemente con l’ambiente circostante. Queste interazioni causano una perdita di coerenza, ovvero la capacità di un sistema di esistere in più stati sovrapposti. In pratica, il sistema “dimentica” i suoi stati quantistici e collassa in uno stato classico ben definito.

Un altro aspetto cruciale è la relazione tra la meccanica quantistica e la relatività generale, la teoria della gravità di Einstein. Entrambe sono teorie estremamente ben verificate sperimentalmente, ma sono profondamente incompatibili. La relatività generale descrive la gravità come una curvatura dello spaziotempo, mentre la meccanica quantistica descrive il mondo a livello microscopico in termini di probabilità e quanti. Una delle sfide più grandi della fisica teorica è quella di trovare una teoria unificata che possa descrivere sia la gravità che la meccanica quantistica.

Lo studio

Il recente studio di Matteo Carlesso e del suo team rappresenta un passo avanti significativo in questa direzione. Modificando l’equazione di Schrödinger, i ricercatori hanno proposto un nuovo modello che potrebbe spiegare come la meccanica quantistica emerga dalla gravità quantistica. Questo lavoro apre nuove prospettive per comprendere la natura profonda dell’universo e il passaggio dal regno quantistico a quello classico.

La meccanica quantistica descrive un mondo dove le particelle possono esistere in stati sovrapposti, sfidando la nostra intuizione classica. Tuttavia, L’Universo che osserviamo, con le sue leggi deterministiche e la sua scala macroscopica, sembra seguire regole ben precise. Il problema della misurazione, ossia l’atto di far collassare una sovrapposizione in uno stato definito, è al centro di questo enigma.

Il Fondo Cosmico a Microonde, un’eco del Big Bang, ci offre un’istantanea di un universo primordiale che potrebbe essere stato governato dalle leggi quantistiche. Ma come è avvenuta la transizione da questo stato iniziale a un universo classico? La domanda di John Bell su cosa costituisca un ‘misuratore’ rimane aperta e al centro di intense ricerche.

Carlesso e il suo team propongono un approccio innovativo per affrontare la transizione dal quantistico al classico, basato sui modelli di collasso spontaneo della funzione d’onda. Modificando l’equazione di Schrödinger, questi modelli introducono un meccanismo intrinseco che fa collassare le sovrapposizioni quantistiche, senza la necessità di un osservatore esterno.

Questo meccanismo diventa tanto più efficace quanto più grande è il sistema, spiegando così perché il mondo macroscopico ci appare classico. La domanda cruciale, secondo Carlesso, è se anche l’Universo nel suo insieme, privo di un ‘esterno’, possa essere soggetto a questo meccanismo di collasso. I dati osservativi suggeriscono di sì, indicando che l’Universo evolve secondo leggi classiche. I ricercatori ipotizzano che i sistemi possano collassare spontaneamente a causa di interazioni interne, senza bisogno di influenze esterne. Questo approccio offre una descrizione unificata di tutti i sistemi fisici, eliminando la distinzione tra osservatore e osservato.

Applicando il meccanismo di collasso spontaneo al contesto cosmologico, Carlesso e i suoi collaboratori offrono una possibile soluzione al problema della transizione dal quantistico al classico. In questo scenario, L’Universo primordiale, inizialmente in una sovrapposizione di diverse geometrie, avrebbe subito un processo di selezione che ha portato all’emergere di una geometria classica, descritta dalla metrica di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker. Questo modello fornisce una spiegazione naturale per l’apparente classicità dell’universo osservabile.

Conclusioni

Testare sperimentalmente i modelli di collasso spontaneo, come quello proposto da Carlesso, rappresenta una sfida notevole. Le deviazioni previste da questi modelli rispetto alla meccanica quantistica standard sono estremamente piccole e richiedono esperimenti estremamente precisi.

Nonostante queste difficoltà, Carlesso e il suo team sono attivamente coinvolti nella progettazione di esperimenti innovativi per mettere alla prova le loro teorie. Se avranno successo, questi esperimenti potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione della meccanica quantistica e della cosmologia, offrendo nuove intuizioni sulla transizione dal mondo quantistico a quello classico.

Lo studio è stato pubblicato sul The Brighter Side of News.