I fisici teorici hanno proposto una nuova soluzione al dilemma del gatto di Schrödinger, aprendo la porta a una maggiore riconciliazione tra le teorie della meccanica quantistica e la relatività di Einstein.
Credito: MysteryPlanet.com.ar.
Le leggi estranee della fisica quantistica postulano che gli oggetti fisici possono esistere in una combinazione di più stati, come trovarsi in due posti contemporaneamente o posare a velocità diverse contemporaneamente. Secondo questa teoria, un sistema rimane in tale “sovrapposizione” finché non interagisce con un dispositivo di misurazione, acquisendo valori definitivi solo a seguito della misurazione. Questo brusco cambiamento nello stato del sistema è chiamato collasso.
Il fisico Erwin Schrödinger sintetizzò questa teoria nel 1935 con il suo famoso paradosso felino, utilizzando la metafora di un gatto in una scatola sigillata che è contemporaneamente vivo e morto finché la scatola non si apre, facendo crollare lo stato del gatto e rivelandone il destino.
Tuttavia, l’applicazione di queste regole a scenari del mondo reale deve affrontare delle sfide, ed è qui che sorge il vero paradosso. Mentre le leggi quantistiche sono valide per il regno delle particelle elementari, gli oggetti più grandi si comportano secondo la fisica classica come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, e non vengono mai osservati in una sovrapposizione di stati. Descrivere l’intero universo utilizzando i principi quantistici presenta alcuni grossi ostacoli, poiché il cosmo sembra essere del tutto classico e privo di osservatori esterni che servano da dispositivo di misurazione del suo stato.
«La questione è se l’universo, che non ha un ambiente circostante, può trovarsi in una tale sovrapposizione», dice Matteo Carlesso, fisico teorico dell’Università di Trieste, in Italia, e autore principale di un articolo recentemente pubblicato sulla stessa Giornale di fisica delle alte energie. «Le osservazioni dicono di no: seguono tutte le previsioni classiche della Relatività Generale. Allora, cosa rompe una tale sovrapposizione?”.
Le strutture più grandi dell’universo sembrano seguire le regole della relatività di Einstein, mentre gli oggetti più piccoli obbediscono alla meccanica quantistica. Le modifiche proposte nelle famigerate equazioni del gatto di Schrödinger potrebbero aiutare a unire due teorie?
Per rispondere a questa domanda, Carlesso e i suoi colleghi hanno proposto modifiche all’equazione di Schrödinger, che determina il modo in cui tutti gli stati si evolvono nel tempo, compresi quelli in sovrapposizione.
«Modifiche specifiche al sistema di Schrödinger possono risolvere il problema», ha detto Carlesso.
In particolare, il team ha aggiunto termini al sistema che catturavano il modo in cui il sistema interagiva con se stesso, oltre ad alcuni altri termini specifici. Questo, a sua volta, porta alla scomposizione della sovrapposizione.
«Questi effetti sono tanto più forti quanto più grande è il sistema», ha aggiunto il fisico italiano.
Fondamentalmente, queste modifiche hanno un impatto minimo sui sistemi quantistici microscopici, come atomi e molecole, ma consentono a sistemi più grandi, come l’universo stesso, di collassare a intervalli frequenti, dando loro valori definitivi che riflettono le nostre osservazioni del cosmo.
La modifica dell’ecu
Nella loro versione modificata della fisica quantistica, i ricercatori hanno eliminato la distinzione tra oggetti soggetti a misurazione e dispositivi di misurazione. Hanno invece proposto che lo stato di ciascun sistema subisca un collasso spontaneo a intervalli regolari, che porta all’acquisizione di valori definitivi per alcuni dei suoi attributi.
Per i sistemi di grandi dimensioni, il collasso spontaneo si verifica frequentemente, il che li fa apparire classici. Gli oggetti subatomici che interagiscono con questi sistemi ne diventano parte, il che porta ad un rapido collasso del loro stato e all’acquisizione di coordinate definitive, simili ad una misurazione.
«Senza l’azione di entità esterne, qualsiasi sistema si trova (o crolla) spontaneamente in uno stato particolare. Invece di avere un gatto vivo e morto, lo troviamo vivo e morto”, dice Carlesso.
Il nuovo modello può spiegare perché la geometria spazio-temporale del nostro universo non esiste in una sovrapposizione di stati e segue le equazioni classiche della relatività di Einstein.
Un gatto, accanto a un contenitore con veleno e un dispositivo con una particella radioattiva, all’interno di una scatola sigillata. Se il dispositivo rileva radiazioni, romperà la fiala, rilasciando veleno che ucciderà il gatto. Secondo l’interpretazione di Copenaghen, dopo un po’ il gatto è ancora vivo e morto.
«Il nostro modello descrive un universo quantistico, che alla fine è collassato diventando effettivamente classico», spiega il fisico. «Mostriamo che i modelli di collasso spontaneo possono spiegare l’emergere di un universo classico da una sovrapposizione quantistica di universi, dove ognuno di questi ha una geometria spazio-temporale diversa».
Se questa teoria può spiegare perché l’universo sembra essere governato dalle leggi fisiche classiche, non fa nuove previsioni sui processi fisici su larga scala. Poi, ci sono previsioni su come si comporteranno gli atomi e le molecole, anche con deviazioni minime dalla meccanica quantistica convenzionale.
Di conseguenza, testare il tuo modello quantistico modificato non sarà così semplice. Il lavoro futuro sarà finalizzato alla progettazione di tali test.
«Insieme ai collaboratori sperimentali, stiamo cercando di testare gli effetti delle modifiche del collasso o di ricavare limiti ai suoi parametri. Ciò equivale completamente a testare i limiti della teoria quantistica”, ha concluso Carlesso.
Fonte: Scienza in diretta. Edizione: deputato.
