Uno studio propone un nuovo quadro che potrebbe rivoluzionare la comprensione della gravità in relazione con la meccanica quantistica.
Per decenni, i fisici hanno lottato per conciliare i principi della meccanica quantistica con quelli della relatività generale. Mentre la meccanica quantistica governa il comportamento delle particelle alle scale più piccole, la relatività generale descrive la forza di gravità su scale cosmiche. Unificare questi due quadri è stato uno degli obiettivi più sfuggenti della scienza moderna. In un nuovo studio pubblicato su Physical Review D, la professoressa Ginestra Bianconi, docente di matematica applicata presso la Queen Mary University di Londra, propone un nuovo quadro che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della gravità e della sua relazione con la meccanica quantistica. Lo studio, intitolato “Gravità dall’entropia“, introduce un nuovo approccio che deriva la gravità dall’entropia quantistica relativa, colmando il divario tra due delle teorie più fondamentali ma apparentemente incompatibili della fisica: la meccanica quantistica e la relatività generale di Einstein.
Il ruolo dell’entropia e del campo G
Il lavoro della professoressa Bianconi offre una nuova prospettiva trattando la metrica dello spaziotempo, un concetto chiave nella relatività generale, come un operatore quantistico. Questo approccio innovativo utilizza l’entropia relativa quantistica, un concetto della teoria dell’informazione quantistica, per descrivere l’interazione tra geometria dello spaziotempo e materia.
Una nuova azione entropica
Lo studio introduce una nuova azione entropica, che quantifica la differenza tra la metrica dello spaziotempo e la metrica indotta dai campi di materia. Questo approccio porta a equazioni di Einstein modificate che, nel regime di basso accoppiamento, ovvero basse energie e piccola curvatura, si riducono alle equazioni classiche della relatività generale. Tuttavia, la teoria va oltre, prevedendo l’emergere di una piccola costante cosmologica positiva, un valore che si allinea con le osservazioni sperimentali dell’espansione accelerata dell’universo molto meglio di altre teorie preesistenti.
Una caratteristica fondamentale della teoria è l’introduzione del campo-G, un campo ausiliario che agisce come moltiplicatore lagrangiano. Il campo-G non solo svolge un ruolo cruciale nelle equazioni modificate della gravità, ma apre anche la porta a nuove interpretazioni della materia oscura, una sostanza misteriosa che costituisce una porzione significativa della massa dell’universo ma che deve ancora essere osservata direttamente.
Implicazioni più ampie e direzioni future
Le implicazioni di questa ricerca sono profonde. Collegando la gravità alla teoria dell’informazione quantistica, lo studio fornisce un potenziale percorso verso una teoria unificata della gravità quantistica. Inoltre, il campo-G potrebbe offrire nuove intuizioni sulla natura della materia oscura, un enigma di lunga data in cosmologia.
“Questo lavoro propone che la gravità quantistica abbia un’origine entropica e suggerisce che il campo G potrebbe essere un candidato per la materia oscura“, spiega la professoressa Bianconi. “Inoltre, la costante cosmologica emergente prevista dal nostro modello potrebbe aiutare a risolvere la discrepanza tra le previsioni teoriche e le osservazioni sperimentali dell’espansione dell’universo“.
Il futuro tra gravità ed entropia
Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per esplorare appieno le implicazioni di questa teoria, lo studio rappresenta un passo avanti significativo nella ricerca per comprendere la natura fondamentale dell’universo. Trattando lo spaziotempo come un’entità quantistica e sfruttando il potere dell’entropia associato alle metriche dello spaziotempo, questa ricerca potrebbe aprire la strada a una comprensione più profonda della gravità, della meccanica quantistica e del cosmo stesso.
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Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Phys.org
- Leggi il paper scientifico intitolato “Gravity from entropy” pubblicato su Physical Review D
