Un gruppo di scienziati ha proposto una nuova teoria per unificare Relatività Generale e Meccanica Quantistica.
Una nuova teoria che unifica costantemente gravità e meccanica quantistica preservando il concetto classico di spaziotempo di Einstein è stata proposta in due articoli pubblicati simultaneamente dai fisici dell’UCL (University College di Londra) ed è al varo degli scienziati. La fisica moderna si fonda su due pilastri: da un lato la teoria quantistica, che governa le particelle più piccole dell’universo, e dall’altro la teoria della Relatività Generale di Einstein, che spiega la gravità attraverso la curvatura dello spaziotempo. Ma queste due teorie sono in contraddizione tra loro e una riconciliazione tra esse, detta anche “Teoria del Tutto” è tutt’oggi incompiuta.
L’ipotesi sinora prevalente è stata che la teoria della gravità di Einstein debba essere modificata, o “quantizzata”, per adattarsi alla teoria quantistica. Questo è l’approccio delle due principali teorie candidate per avere una teoria quantistica della gravità: la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop.
Un cambio di approccio
Ma una nuova teoria, sviluppata dal professor Jonathan Oppenheim (UCL Physics & Astronomy) e esposta in un articolo su Physical Review X, sfida quel consenso e adotta un approccio alternativo suggerendo che lo spaziotempo potrebbe essere classico, cioè non governato dalla teoria quantistica.
Invece di modificare lo spaziotempo, la teoria – soprannominata “Teoria Postquantistica della Gravità Classica” – modifica la teoria quantistica e prevede un crollo intrinseco della prevedibilità mediato dallo spaziotempo stesso. Ciò si traduce in fluttuazioni casuali e violente nello spaziotempo che sono più grandi di quanto previsto dalla teoria quantistica, rendendo imprevedibile il peso apparente degli oggetti se misurato con sufficiente precisione.
Inoltre un secondo articolo, pubblicato contemporaneamente su Nature Communications esamina alcune conseguenze della teoria e propone un esperimento per testarla: misurare una massa in modo molto preciso per vedere se il suo peso sembra fluttuare nel tempo. Ad esempio, l’Ufficio internazionale dei pesi e delle misure in Francia pesa abitualmente una massa di 1 kg che in passato era lo standard di 1 kg. Se le fluttuazioni nelle misurazioni di questa massa di 1 kg sono inferiori a quanto richiesto per coerenza matematica, la teoria può essere esclusa.
Il risultato dell’esperimento, o altre prove emergenti che confermerebbero la natura quantistica rispetto a quella classica dello spaziotempo, è oggetto di una scommessa con una probabilità di 5000:1 tra il professor Oppenheim contro il professor Carlo Rovelli e il dottor Geoff Penington, che sono i principali sostenitori rispettivamente della gravità quantistica modificata e della teoria delle stringhe.
Test e prove
Negli ultimi cinque anni, il gruppo di ricerca dell’UCL ha sottoposto a stress test la teoria ed esplorato le sue conseguenze. La teoria quantistica e la teoria della relatività generale di Einstein sono matematicamente incompatibili tra loro, quindi è importante capire come viene risolta questa contraddizione. Lo spaziotempo dovrebbe essere quantizzato, o dovremmo modificare la teoria quantistica, o è qualcos’altro completamente diverso? Ora che abbiamo una teoria fondamentale coerente in cui lo spaziotempo non viene quantizzato, nessuno può indovinarlo.
Questa scoperta mette alla prova la nostra comprensione della natura fondamentale della gravità, ma offre anche strade per sondare la sua potenziale natura quantistica. La nuova teoria ha dimostrato che se lo spaziotempo non ha una natura quantistica, allora devono esserci fluttuazioni casuali nella curvatura dello spaziotempo che hanno una firma particolare che può essere verificata sperimentalmente.
Sia nella gravità quantistica che nella gravità classica, lo spaziotempo deve subire fluttuazioni violente e casuali intorno a noi, ma su una scala che non siamo ancora stati in grado di rilevare. Ma se lo spaziotempo è classico, le fluttuazioni devono essere più grandi di una certa scala, e questa scala può essere determinata da un altro esperimento in cui testiamo per quanto tempo possiamo sovrapporre un atomo pesante in due posizioni diverse.
Sebbene il concetto sperimentale sia semplice, la pesatura dell’oggetto deve essere eseguita con estrema precisione. Grazie a questo possiamo dimostrare una chiara relazione tra due quantità misurabili: la scala delle fluttuazioni dello spaziotempo e per quanto tempo oggetti come atomi o mele possono rimanere in sovrapposizione quantistica di due posizioni diverse. Possiamo quindi determinare sperimentalmente queste due quantità
Il problema del buco nero
La teoria postquantistica ha implicazioni che vanno oltre la gravità. Il famigerato e problematico “postulato della misurazione” della teoria quantistica non è necessario, poiché le sovrapposizioni quantistiche si localizzano necessariamente attraverso la loro interazione con lo spaziotempo classico.
La teoria è stata motivata dal tentativo di risolvere il problema dell’informazione del buco nero, detto anche “Paradosso di Hawking”. Secondo la teoria quantistica standard, un oggetto che entra in un buco nero dovrebbe essere irradiato indietro in qualche modo poiché le informazioni non possono essere distrutte, ma ciò viola la Relatività Generale, secondo la quale non si può mai sapere se gli oggetti attraversano l’orizzonte degli eventi del buco nero. La nuova teoria consentirebbe invece la distruzione di tali informazioni, a causa di una fondamentale rottura della prevedibilità.
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Fonte: Phys, University College London
