I ricercatori hanno scoperto un potenziale ponte tra la relatività generale e la meccanica quantistica - due teorie fisiche preminenti - e questo potrebbe portare i fisici a ripensare la natura stessa dello spazio e del tempo.
La teoria della relatività generale di Albert Einstein descrive la gravità come una proprietà geometrica dello spazio e del tempo. Più l'oggetto è massiccio, più la sua distorsione spazio-temporale è percepita come gravità.
Negli anni '70, i fisici Stephen Hawking e Jacob Beckenstein notarono la relazione tra l'area superficiale dei buchi neri e la loro struttura quantistica microscopica, che determina la loro entropia. Ciò significava la prima consapevolezza che esiste una connessione tra la relatività generale e la meccanica quantistica, riporta vnauke.in.ua
Meno di tre decenni dopo, il fisico teorico Juan Maldacena ha osservato un'altra connessione tra la gravità e il mondo quantistico. Questa relazione ha portato alla creazione di un modello che suggerisce che lo spaziotempo può essere creato o distrutto variando la quantità di entanglement tra le diverse aree di superficie di un oggetto.
In altre parole, ciò significa che lo spaziotempo stesso, almeno come definito nei modelli, è un prodotto dell'intreccio tra gli oggetti.
Per esplorare ulteriormente questa linea di pensiero, Chungjun Cao e Sean Carroll del California Institute of Technology (CalTech) hanno deciso di vedere se potevano effettivamente derivare le proprietà dinamiche della gravità (come noto dalla relatività generale) utilizzando la struttura in cui lo spaziotempo emerge dal quantum entanglement. La loro ricerca è stata recentemente pubblicata su arXiv.
Utilizzando un concetto matematico astratto chiamato spazio di Hilbert, Cao e Carroll sono stati in grado di trovare somiglianze tra le equazioni che governano l'entanglement quantistico e le equazioni della relatività generale di Einstein. Ciò conferma l'idea che lo spazio-tempo e la gravità derivano dall'entanglement.
"Uno dei più ovvi è verificare se le simmetrie della relatività vengono ripristinate in questa struttura, in particolare l'idea che le leggi della fisica siano indipendenti dalla velocità con cui ti muovi nello spazio", ha detto Carroll.
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La teoria di tutto
Oggi, quasi tutto ciò che sappiamo sugli aspetti fisici del nostro universo può essere spiegato dalla relatività generale o dalla meccanica quantistica. Il primo fa un ottimo lavoro nello spiegare l'attività su scale molto grandi, come pianeti o galassie, mentre il secondo ci aiuta a capire scale molto piccole, come atomi e particelle subatomiche.
Tuttavia, le due teorie sembrano essere incompatibili tra loro. Ciò ha portato i fisici a cercare una sfuggente "teoria di tutto" - una singola struttura che spiegasse tutto, inclusa la natura dello spazio e del tempo.
Dal momento che la gravità e lo spaziotempo sono una parte importante di "tutto", Carroll ha detto che crede che la ricerca che lui e Cao hanno fatto potrebbero aiutare a trovare una teoria che riconcili la relatività generale e la meccanica quantistica.
"La nostra ricerca non parla ancora di altre forze della natura, quindi siamo ancora abbastanza lontani dal 'creare una teoria del tutto'", ha detto.
Tuttavia, se potessimo trovare una tale teoria, potrebbe aiutarci a rispondere ad alcune delle più grandi domande che gli scienziati devono affrontare oggi. Possiamo finalmente comprendere la vera natura della materia oscura, dell'energia oscura, dei buchi neri e di altri misteriosi oggetti spaziali.
I ricercatori si stanno già infiltrando nella capacità del mondo quantistico di migliorare radicalmente i nostri sistemi informatici e una teoria del tutto potrebbe potenzialmente accelerare il processo rivelando nuove prospettive su un mondo ancora in gran parte confuso.
