Per oltre un secolo, la meccanica quantistica e la relatività generale di Einstein hanno rappresentato i pilastri della fisica moderna. La loro unificazione tuttavt rimane una delle sfide più ardue per la scienza. I ricercatori dell’University College di Londra (UCL) hanno proposto una teoria rivoluzionaria che potrebbe cambiare radicalmente il nostro modo di pensare a questo problema.
Il divario tra meccanica quantistica e relatività generale
La meccanica quantistica, con la sua descrizione probabilistica del mondo subatomico, e la relatività generale, che spiega la gravità come una curvatura dello spazio-tempo causata dalla massa, sono entrambe teorie estremamente efficaci nei rispettivi domini. Tuttavia, quando si cerca di unirle in un unico quadro coerente, emergono delle incongruenze.
La gravità quantistica è il campo di studio che si occupa di colmare questo divario tra il mondo microscopico, dove la meccanica quantistica è dominante, e il regno macroscopico, dove la gravità modella l’Universo. L’approccio tradizionale prevede di modificare la teoria di Einstein per adattarla al formalismo della meccanica quantistica. Tuttavia, questa strada si è rivelata irta di difficoltà.
I ricercatori dell’UCLv hanno proposto un’alternativa insolita: una “teoria postquantistica della gravità classica“. Invece di cercare di quantizzare la gravità, suggeriscono di esplorare un nuovo quadro teorico in cui la gravità classica interagisce con i sistemi quantistici in modi precedentemente inesplorati.
Questa nuova teoria potrebbe avere implicazioni profonde per la nostra comprensione dell’universo. Se confermata, potrebbe offrire un nuovo percorso per riconciliare le due teorie fondamentali della fisica, aprendo nuove frontiere nella ricerca sulla gravità quantistica e sulla natura stessa dello spazio-tempo. Naturalmente è ancora in fase di sviluppo e dovrà superare numerose problematiche e verifiche sperimentali per essere accettata dalla comunità scientifica. Tuttavia, rappresenta un approccio innovativo e stimolante che potrebbe portare a una svolta nella nostra comprensione dell’Universo.
Una nuova teoria mette in discussione la ricerca della gravità quantistica
Il professor Jonathan Oppenheim e il suo team dell’University College di Londra (UCL) hanno messo in discussione le convenzioni con una teoria rivoluzionaria. Invece di cercare di adattare la gravità al mondo quantistico, propongono una nuova prospettiva: lo spazio-tempo potrebbe rimanere classico, non influenzato dalla meccanica quantistica.
La loro teoria si concentra sulla modifica della teoria quantistica, piuttosto che sullo spazio-tempo stesso. Il principio fondamentale è che lo spazio-tempo rimane classico, non soggetto ai vincoli della teoria quantistica. Di conseguenza, la teoria quantistica viene modificata per tenere conto dell’imprevedibilità intrinseca mediata dallo spazio-tempo.
In altre parole, il team di Oppenheim ha indicato che sia la nostra comprensione della meccanica quantistica a dover cambiare, piuttosto che la natura dello spazio-tempo. Questa nuova teoria propone un modo diverso di pensare alla relazione tra gravità e meccanica quantistica, aprendo nuove strade alla ricerca e potenzialmente rivoluzionando la nostra comprensione dell’Universo.
Lo spazio-tempo è soggetto a fluttuazioni casuali e violente che vanno oltre le previsioni della teoria quantistica. Queste fluttuazioni, se misurate con precisione sufficiente, renderebbero imprevedibile il peso apparente degli oggetti. Per convalidare la loro teoria, i ricercatori hanno proposto un esperimento innovativo volto a rilevare queste fluttuazioni di massa nel tempo. Immaginiamo di prendere come riferimento una massa di 1 kg, la misura standard utilizzata dall’International Bureau of Weights and Measures in Francia. Se le misurazioni di questa massa di 1 kg mostrassero fluttuazioni inferiori a quelle previste per la coerenza matematica della teoria, ciò metterebbe in discussione la validità della nuova teoria.
Il gruppo di ricerca ha dedicato gli ultimi cinque anni a sviluppare e analizzare meticolosamente la propria teoria, esaminandone le implicazioni da diverse prospettive. Come ha affermato il professor Oppenheim: “La teoria quantistica e la teoria della relatività generale di Einstein sono matematicamente incompatibili tra loro, quindi è fondamentale capire come viene superata questa contraddizione“.
La teoria postquantistica, pur concentrandosi sulla riconciliazione tra meccanica quantistica e relatività generale, ha implicazioni che vanno ben oltre il regno della gravità. Una conseguenza notevole è l’eliminazione del controverso “postulato di misurazione” nella teoria quantistica. Questo postulato, che ha lasciato perplessi i fisici per lungo tempo, afferma che le misurazioni fanno collassare le sovrapposizioni quantistiche in stati definiti. Nella nuova teoria, le sovrapposizioni quantistiche si localizzano naturalmente attraverso la loro interazione con lo spazio-tempo classico, rendendo superfluo questo postulato.
Il percorso del professor Oppenheim verso questa teoria rivoluzionaria è stato motivato dal suo tentativo di svelare i misteri del paradosso dell’informazione del buco nero. Secondo la teoria quantistica standard, l’informazione non può essere distrutta. Pertanto, un oggetto che entra in un buco nero dovrebbe in qualche modo irradiare informazioni all’esterno. Tuttavia, questo concetto contraddice direttamente la relatività generale, che afferma che una volta che un oggetto attraversa l’orizzonte degli eventi di un buco nero, diventa inaccessibile.
La proposta di verificare la natura classica dello spazio-tempo attraverso il rilevamento di fluttuazioni casuali nella massa è solo un tassello di un puzzle più ampio. Un altro esperimento, altrettanto ambizioso, mira a sondare la natura quantistica dello spazio-tempo attraverso un fenomeno chiamato “entanglement mediato dalla gravità“.
Questi esperimenti, pur rappresentando una sfida notevole, sono estremamente promettenti per far progredire la nostra comprensione delle leggi fondamentali della natura.
Il professor Sougato Bose, esperto del settore non coinvolto nello studio dell’UCL ma che aveva precedentemente proposto l’esperimento di entanglement, ha sottolineato l’importanza di questi sforzi, affermando: “Gli esperimenti per testare la natura dello spazio-tempo richiederanno uno sforzo su larga scala, ma sono di enorme importanza dal punto di vista della comprensione delle leggi fondamentali della natura. Credo che questi esperimenti siano a portata di mano: queste cose sono difficili da prevedere, ma forse conosceremo la risposta entro i prossimi 20 anni”.
Conclusioni
Come ha affermato il professor Oppenheim: “Ora che abbiamo una teoria fondamentale coerente in cui lo spazio-tempo non viene quantizzato, nessuno può dirlo con certezza“.Il viaggio verso la comprensione della gravità quantistica è appena iniziato, e il futuro della fisica si prospetta più interessante che mai.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review X (PRX).
