Uno degli aspetti più strani della meccanica quantistica è l'entanglement, poiché due particelle entanglement si influenzano a vicenda su grandi distanze, il che a prima vista viola il principio fisico fondamentale della località: ciò che accade in un certo punto nello spazio può influenzare solo punti vicini. Ma cosa succederebbe se la località - e lo spazio stesso - non fosse così fondamentale, dopotutto? George Masser esplora le possibili conseguenze di ciò nel suo nuovo libro Spooky Action At a Distance. (Albert Einstein chiamava l'entanglement quantistico "azione inquietante a distanza").
Quando la filosofa Jennan Ismael aveva dieci anni, suo padre, un professore iracheno all'università di Calgary, acquistò all'asta un grande armadietto di legno. Dopo averlo frugato, inciampò in un vecchio caleidoscopio e fu deliziata. Lo ha sperimentato per ore e ha capito come funzionava. "Non ho detto a mia sorella che l'ho trovato perché avevo paura che l'avrebbe presa", ricorda.
Quando sbirci nel caleidoscopio e giri la pipa, le figure multicolori iniziano a sbocciare, volteggiare e unirsi in un modo apparentemente del tutto inspiegabile e imprevedibile, come se stessero avendo un effetto inquietante l'una sull'altra da lontano. Ma più li ammiri, più noti schemi nel loro movimento. Le forme alle estremità opposte del tuo campo visivo cambiano all'unisono e questa simmetria ti consente di capire cosa sta realmente accadendo: queste forme non sono oggetti fisici, ma immagini di oggetti - schegge di vetro che ruotano all'interno di un tubo a specchio.
"C'è un pezzo di vetro che appare in modo ridondante in diverse parti dello spazio", dice Ismael. “Se ti concentri sullo spazio globale che comprende, la descrizione fisica di un caleidoscopio tridimensionale sarebbe una storia causale abbastanza semplice. C'è un pezzo di vetro, si riflette negli specchi e così via. " Visto nella realtà, il caleidoscopio non è più un mistero, anche se sorprende ancora.
Decenni dopo, preparandosi per un discorso sulla fisica quantistica, Ismael si ricordò del caleidoscopio e comprò un nuovo tubo di rame lucido in una custodia di velluto. Diventò, come le venne in mente, una metafora della non località in fisica. Forse le particelle negli esperimenti di entanglement o le galassie nei limiti galattici lontani si comportano in modo strano, poiché sono proiezioni - creazioni secondarie, in un certo senso - esistenti in una regione di oggetti completamente diversa.
“Nel caso del caleidoscopio sappiamo cosa dobbiamo fare: dobbiamo vedere l'intero sistema; dobbiamo vedere come viene creata l'immagine dello spazio, dice Ismael. - Come costruire un analogo di questo per gli effetti quantistici? Per fare ciò, è necessario vedere il cosmo che conosciamo - il cosmo quotidiano, in cui misuriamo eventi situati in diverse parti del cosmo - come una struttura indissolubile. Forse quando guardiamo le due parti, vediamo lo stesso evento. Interagiamo con lo stesso elemento della realtà in diverse parti dello spazio.
Insieme ad altri, mette in dubbio l'assunto, seguito da quasi tutti i fisici e filosofi dai tempi di Democrito, che lo spazio sia il livello più profondo della realtà fisica. Proprio come la sceneggiatura di un'opera teatrale descrive le azioni degli attori sul palco, ma precede la scena, le leggi della fisica tradizionalmente danno per scontata l'esistenza dello spazio. Oggi sappiamo che l'universo è più che semplici cose nello spazio. Il fenomeno della nonlocalità balza nello spazio; non c'è posto dove è limitato. Si manifesta al livello della realtà più profondo dello spazio, dove il concetto di distanza non ha più importanza, dove le cose lontane sembrano essere vicine, come se la stessa cosa appaia in più di un luogo, come numerose immagini di un pezzo di vetro in un caleidoscopio.
Quando pensiamo a termini a questo livello, le connessioni tra particelle subatomiche su un banco di laboratorio, all'interno e all'esterno di un buco nero e tra parti opposte dell'universo non sembrano più così inquietanti. Michael Heller, fisico, filosofo e teologo della Pontificia Accademia di Teologia di Cracovia, in Polonia, dice: "Se concordi sul fatto che la fisica è non locale a livello fondamentale, allora è del tutto naturale, poiché due particelle distanti l'una dall'altra risiedono su un livello non locale fondamentale. Per loro, lo spazio e il tempo non contano ". È solo quando provi a visualizzare questi fenomeni da una prospettiva spaziale - il che è perdonabile poiché siamo abituati a pensare in quel modo - che confondono la nostra comprensione.
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L'idea di un livello profondo sembra naturale perché, dopotutto, i fisici hanno sempre lottato per questo. Ogni volta che non riuscivano a capire certi aspetti del nostro mondo, presumevano di non essere ancora arrivati al fondo di tutto. Hanno ingrandito e hanno visto i mattoni. Che l'acqua liquida possa bollire o congelare è alquanto misterioso. Ma queste trasformazioni hanno senso se rappresentiamo lo stato liquido, gassoso e solido non come sostanze elementari, ma come forme diverse di una sostanza fondamentale.
Aristotele considerava i diversi stati dell'acqua come diverse incarnazioni della cosiddetta materia primordiale, e gli atomisti - sagacemente - pensavano che gli atomi fossero riorganizzati in strutture più rigide o libere. In massa, questi elementi costitutivi della materia acquisiscono proprietà che individualmente mancano. Allo stesso modo, lo spazio può essere costituito da parti che non sono di per sé spaziali. Queste parti possono anche essere smontate e riassemblate in strutture non spaziali, come quelle che alludono ai buchi neri e al Big Bang.
"Lo spaziotempo non può essere fondamentale", afferma la teorica Nima Arkani-Hamed. "Dovrebbe essere qualcosa di più semplice."
Questo pensiero capovolge completamente la fisica. La non località non è più un mistero; è la realtà e la località diventa il vero mistero. Quando non possiamo più dare per scontato lo spazio, dobbiamo spiegare cos'è e da cosa nasce, in modo indipendente o in procinto di unirsi al tempo.
Ovviamente, costruire lo spazio non sarà facile come fondere le molecole in un liquido. Quali potrebbero essere i suoi elementi costitutivi? Di solito diciamo che gli elementi costitutivi dovrebbero essere più piccoli delle cose che li compongono. Se assembli una Torre Eiffel dettagliata da stuzzicadenti, non dovrai spiegare che gli stuzzicadenti sono più piccoli della torre.
Ma quando si parla di spazio, non c'è "meno", perché la dimensione stessa è un concetto spaziale. Gli elementi costitutivi non possono precedere lo spazio se deve spiegarli. Non dovrebbero avere né dimensioni né spazio; devono essere ovunque, in tutto l'universo e da nessuna parte allo stesso tempo, in modo che non possano essere colpiti. Cosa significa la mancanza di posizione per una cosa? Dove sarà? "Quando parliamo dello spazio-tempo in uscita, deve scaturire da una struttura dalla quale siamo molto lontani", afferma Arkani-Hamed.
Nella filosofia occidentale, il regno al di fuori dello spazio è stato tradizionalmente considerato il regno al di fuori della fisica, il luogo della presenza di Dio nella teologia cristiana. All'inizio del XVIII secolo, le "monadi" di Gottfried Leibniz - che egli rappresentava come elementi primitivi dell'universo - esistevano, come Dio, al di fuori dello spazio e del tempo. La sua teoria era un passo verso l'emergente spazio-tempo, ma rimase nel campo della metafisica, essendo vagamente connessa con il mondo delle cose concrete. Se i fisici riescono a spiegare lo spazio emergente, dovranno sviluppare il proprio concetto di assenza di spazio.
Einstein aveva previsto queste difficoltà. "Forse … dovremmo, in linea di principio, abbandonare il continuum spazio-temporale", ha scritto. - È abbastanza possibile immaginare che l'ingegnosità umana un giorno troverà metodi che renderanno possibile questo percorso. Al momento, tuttavia, un programma del genere sembra un tentativo di respirare nello spazio vuoto ".
John Wheeler, un rinomato teorico della gravità, ha suggerito che lo spaziotempo è stato costruito dalla "pregometria", ma ha ammesso che era solo "un'idea fine a se stessa". Anche Arkani-Hamed condivide i suoi dubbi: “Questi problemi sono molto complessi. È impossibile discuterne nella lingua a cui siamo abituati”.
Ciò che spinge Arkani-Hamed ei suoi colleghi ad andare avanti è trovare il tipo di modi descritti da Einstein: modi per descrivere la fisica in assenza di spazio, respirando nel vuoto. Spiega questi tentativi in termini di storia: “Per oltre 2000 anni le persone hanno posto domande sulla natura profonda dello spazio e del tempo, ma erano premature. Siamo finalmente arrivati a un'era in cui puoi porre queste domande e sperare di ottenere risposte significative.
Basato su materiali di Gizmodo
Ilya Khel
