Come conciliare i due pilastri contrastanti della fisica moderna: teoria quantistica e gravità? Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che prima o poi la scienza avrebbe riconosciuto questa o quella teoria come dominante, ma la realtà, come sempre, si è rivelata molto più interessante. Una nuova ricerca suggerisce che la gravità può derivare da fluttuazioni casuali a livello quantistico.
Tra le due teorie fondamentali che spiegano la realtà che ci circonda, la teoria quantistica fa appello alle interazioni tra le più piccole particelle di materia, mentre la relatività generale si riferisce alla gravità e alle strutture più grandi dell'intero universo. Sin dai tempi di Einstein, i fisici hanno cercato di colmare il divario tra questi insegnamenti, ma con successo variabile.
Un modo per riconciliare la gravità con la meccanica quantistica era dimostrare che la gravità è basata su particelle indivisibili di materia, quanti. Questo principio può essere paragonato a come i quanti di luce stessi, i fotoni, rappresentano un'onda elettromagnetica. Fino ad ora, gli scienziati non hanno avuto dati sufficienti per supportare questa ipotesi, ma Antoine Tilloy (Antoine Tilloy) dell'Istituto di ottica quantistica. Max Planck a Garching, in Germania, ha cercato di descrivere la gravità con i principi della meccanica quantistica. Ma come ha fatto?
Mondo quantistico
Nella teoria quantistica, lo stato di una particella è descritto dalla sua funzione d'onda. Ad esempio, consente di calcolare la probabilità di trovare una particella in un punto o in un altro nello spazio. Prima della misurazione stessa, non è chiaro non solo dove si trova la particella, ma anche se esiste. Il fatto stesso di misurare crea letteralmente la realtà "distruggendo" la funzione d'onda. Ma la meccanica quantistica raramente affronta la misurazione, motivo per cui è una delle aree più controverse della fisica. Ricorda il paradosso di Schrödinger: non puoi risolverlo finché non prendi una misura aprendo una scatola e scoprendo se il gatto è vivo o meno.
Una soluzione a questi paradossi è il cosiddetto modello GRW, sviluppato alla fine degli anni '80. Questa teoria include un fenomeno come "flares" - collassi spontanei della funzione d'onda dei sistemi quantistici. Il risultato della sua applicazione è esattamente lo stesso che se le misurazioni fossero state effettuate senza osservatori in quanto tali. Tilloy lo ha modificato per mostrare come può essere utilizzato per arrivare a una teoria della gravità. Nella sua versione, un lampo che distrugge la funzione d'onda e costringe la particella a trovarsi in un punto crea anche un campo gravitazionale in quel momento nello spazio-tempo. Più grande è il sistema quantistico, più particelle contiene e più frequenti sono i brillamenti, creando così un campo gravitazionale fluttuante.
La cosa più interessante è che il valore medio di queste fluttuazioni è proprio il campo gravitazionale descritto dalla teoria della gravità di Newton. Questo approccio per unire la gravità con la meccanica quantistica è chiamato quasi classico: la gravità nasce da processi quantistici, ma rimane una forza classica. "Non vi è alcun motivo reale per ignorare l'approccio quasi classico, in cui la gravità è fondamentale a livello fondamentale", afferma Tilloy.
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Il fenomeno della gravità
Klaus Hornberger dell'Università di Duisburg-Essen in Germania, che non ha preso parte allo sviluppo della teoria, la tratta con grande simpatia. Tuttavia, lo scienziato sottolinea che prima che questo concetto costituisca la base di una teoria unificata che unisce e spiega la natura di tutti gli aspetti fondamentali del mondo che ci circonda, sarà necessario risolvere una serie di problemi. Ad esempio, il modello di Tilloy può essere sicuramente utilizzato per ottenere la gravità newtoniana, ma la sua corrispondenza con la teoria gravitazionale deve ancora essere verificata utilizzando la matematica.
Tuttavia, lo stesso scienziato concorda sul fatto che la sua teoria necessita di una base di prove. Ad esempio, prevede che la gravità si comporterà in modo diverso a seconda della scala degli oggetti in questione: per gli atomi e per i buchi neri supermassicci le regole possono essere molto diverse. Comunque sia, se i test rivelano che il modello di Tillroy riflette effettivamente la realtà, e la gravità è davvero una conseguenza delle fluttuazioni quantistiche, allora ciò consentirà ai fisici di comprendere la realtà intorno a noi a un livello qualitativamente diverso.
Vasily Makarov
