Spazio-tempo, gravità e meccanica quantistica

Lo spazio-tempo viene descritto come un tessuto deformabile simile alla gomma. Fu Einstein a immaginarlo così mentre sviluppava la teoria della relatività generale

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Spazio-tempo, gravità e meccanica quantistica
Spazio-tempo, gravità e meccanica quantistica

Oggi lo spazio-tempo viene descritto come un tessuto deformabile simile alla gomma. Fu Einstein a immaginarlo così mentre sviluppava la teoria della relatività generale. La forza di gravità viene creata dalla curvatura impressa dai corpi dotati di massa nel tessuto “elastico” dello spazio-tempo.

Oggetti dotati di massa come la Terra, il Sole o qualsiasi altro oggetto fatto di materia composta da atomi, provocano distorsioni nello spazio-tempo causandone la curvatura. Questo spazio piegato, a sua volta, impone le traiettorie nell’universo, perché gli oggetti devono seguire percorsi lungo la curvatura dello spazio, anche la luce, composta da fotoni, che pur non avendo massa è influenzata dalla gravità.

Una missione della NASA chiamata Gravity Probe B (GP-B), lanciata nel 2004, ha misurato la forma del vortice spazio-temporale attorno alla Terra e nel 2011, dopo 5 anni di raccolta ed analisi dati, sono state pubblicate le conclusioni dello studio che concordano strettamente con le previsioni del geniale Albert Einstein.

Come avvenga tutto ciò per molti rimane un mistero difficile da digerire.

Possiamo considerare lo spazio-tempo simile a un foglio di gomma, ma l’analogia si ferma li. Un foglio di gomma è bidimensionale, mentre lo spazio-tempo è quadridimensionale, tre dimensioni spaziali più quella temporale.

Einstein ha realizzato una bellissima macchina, ma non ci ha lasciato esattamente un manuale d’uso“, ha scritto l’astrofisico Paul Sutter per Space.com. “Per capirci, la relatività generale è così complessa che quando qualcuno scopre una soluzione alle equazioni, questa prende il nome di chi l’ha scoperta e questi diventa un’entità semi-leggendaria a sé stante“.



La relatività rimane la teoria più accreditata per spiegare i fenomeni fisici che osserviamo. Tuttavia la relatività, come sappiamo, non si concilia con la meccanica quantistica che spiega con estrema precisione le proprietà delle particelle subatomiche ma non considera una delle quattro forze fondamentali della natura, la gravità.

La meccanica quantistica si basa sul fatto che le minuscole particelle che compongono l’universo sono discrete o quantizzate. Le particelle che compongono la luce, non vengono emesse in un flusso continuo come un rivolo d’acqua ma a pacchetti, i fotoni.

Alcuni teorici hanno ipotizzato che, forse, lo stesso spazio-tempo stesso potrebbe esistere in blocchi quantizzati e questo, se si rivelasse vero, potrebbe contribuire a collegare la relatività e la meccanica quantistica.

I ricercatori dell’Agenzia Spaziale Europea hanno proposto la missione Laboratorio internazionale di astronomia dei raggi gamma per l’esplorazione quantistica dello spazio-tempo (GrailQuest), che orbiterà intorno al nostro pianeta compiendo misurazioni ultra accurate di esplosioni lontane di raggi gamma che potrebbe rivelare la natura intima dello spazio-tempo.

Una missione del genere ha bisogno di tempo per essere preparata, molto più di un decennio ma potrebbe aiutarci a risolvere alcuni dei più grandi problemi irrisolti della fisica.

Ma cos’è lo spazio tempo?

Il tessuto dello spazio-tempo è un modello concettuale che combina le tre dimensioni dello spazio con la quarta dimensione, il tempo. Secondo le più accreditate teorie fisiche attuali, lo spazio-tempo spiega gli insoliti effetti relativistici che derivano dal viaggiare vicino alla velocità della luce e dal movimento di oggetti massicci nell’universo. 

Come funziona lo spazio-tempo 

Oggigiorno, quando le persone parlano di spazio-tempo, spesso lo descrivono come un foglio di gomma. Anche questo viene da Einstein, il quale, sviluppando la sua teoria della relatività generale, teorizzò che la forza di gravità non sia altro che una conseguenza delle curve nel tessuto dello spazio-tempo. 

Oggetti massicci, come la Terra e il Sole creano distorsioni nello spazio-tempo che lo fanno piegare. Queste curve, a loro volta, restringono i modi in cui tutto nell’universo si muove, perché gli oggetti devono seguire percorsi lungo questa curvatura deformata. 

Il movimento dovuto alla gravità è in realtà il movimento lungo le pieghe dello spazio-tempo. 

Come detto sopra, la missione della NASA Gravity Probe B (GP-B) ha misurato la forma del vortice spazio-temporale attorno alla Terra e ha scoperto che si accorda strettamente con le previsioni di Einstein.

Quello che gli scienziati ancora non sanno

Nonostante la sua complessità, la relatività rimane il modo migliore per spiegare i fenomeni fisici di cui siamo a conoscenza. Eppure gli scienziati sanno che i loro modelli sono incompleti perché la relatività non è ancora completamente conciliata con la meccanica quantistica, che spiega le proprietà delle particelle subatomiche con estrema precisione ma non incorpora la forza di gravità. 

La meccanica quantistica si basa sul fatto che i minuscoli bit che compongono l’universo sono discreti o quantizzati. Quindi i fotoni, le particelle che compongono la luce, sono come piccoli pezzi di luce che arrivano in pacchetti distinti.

In sostanza, il problema principale dei fisici, oggi, è quello di trovare il modo di far rientrare il concetto di gravità all’interno della meccanica quantistica, cosa che permetterebbe, probabilmente, di unificare le due teorie, la relatività e la meccanica quantistica, ed ottenere in questo modo una teoria capace di spiegare l’universo in toto.

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