La teoria della relatività generale di Einstein, in cui la gravità nasce dalla curvatura dello spaziotempo, è notevole. È stato verificato con un incredibile livello di accuratezza, in alcuni casi fino a quindici cifre decimali. Una delle sue previsioni più interessanti era l'esistenza delle onde gravitazionali: increspature nello spaziotempo che si propagano liberamente. Non molto tempo fa, queste onde sono state catturate dai rilevatori LIGO e VIRGO.
Eppure ci sono molte domande per le quali non abbiamo ancora risposte. La gravità quantistica potrebbe aiutare a trovarli.
Sappiamo che la relatività generale è incompleta. Si manifesta bene quando gli effetti quantistici dello spazio-tempo sono completamente invisibili, il che è quasi sempre il caso. Ma quando gli effetti quantistici dello spaziotempo diventano grandi, abbiamo bisogno di una teoria migliore: una teoria della gravità quantistica.
Un'illustrazione dell'universo primordiale, costituito da schiuma quantistica, quando le fluttuazioni quantistiche erano enormi e si manifestavano su scala più piccola
Poiché non abbiamo ancora formulato una teoria della gravità quantistica, non sappiamo cosa siano lo spazio e il tempo. Abbiamo diverse teorie adatte per la gravità quantistica, ma nessuna di esse è ampiamente accettata. Tuttavia, sulla base degli approcci esistenti, possiamo supporre cosa può accadere allo spazio e al tempo nella teoria della gravità quantistica. La fisica Sabine Hossfender ha raccolto dieci esempi sorprendenti.
1) Nella gravità quantistica, ci saranno fluttuazioni selvagge nello spazio-tempo anche in assenza di materia. Nel mondo quantistico, il vuoto non è mai a riposo, come lo sono lo spazio e il tempo.
Alla più piccola scala quantistica, l'universo può essere riempito di minuscoli buchi neri microscopici con massa ridotta. Questi buchi possono connettersi o espandersi verso l'interno in un modo molto interessante.
2) Lo spazio-tempo quantistico può essere riempito con microscopici buchi neri. Inoltre, può contenere wormhole o possono nascere universi infantili, come piccole bolle che si staccano dall'universo materno.
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3) E poiché questa è una teoria quantistica, lo spaziotempo può fare tutto allo stesso tempo. Può creare simultaneamente un universo infantile e non crearlo.
Il tessuto dello spazio-tempo può non essere affatto un tessuto, ma consiste di componenti discrete, che a noi sembrano solo essere un tessuto continuo su grandi scale macroscopiche.
4) Nella maggior parte degli approcci alla gravità quantistica, lo spaziotempo non è fondamentale, ma consiste in qualcos'altro. Questi possono essere stringhe, loop, qubit o varianti di "atomi" spazio-temporali che appaiono negli approcci alla materia condensata. I singoli componenti possono essere smontati solo con l'utilizzo delle energie più elevate, molto superiori a quelle a nostra disposizione sulla Terra.
5) In alcuni approcci con materia condensata, lo spazio-tempo ha le proprietà di un corpo solido o liquido, cioè può essere elastico o viscoso. Se questo è vero, le conseguenze osservate sono inevitabili. I fisici stanno attualmente cercando tracce di effetti simili nelle particelle vaganti, cioè nella luce o negli elettroni che ci raggiungono dallo spazio lontano.
Animazione schematica di un fascio di luce continuo diffuso da un prisma. In alcuni approcci alla gravità quantistica, lo spazio può agire come un mezzo dispersivo per diverse lunghezze d'onda della luce
6) Lo spaziotempo può influenzare il modo in cui la luce lo attraversa. Potrebbe non essere completamente trasparente o la luce di diversi colori potrebbe muoversi a velocità diverse. Se lo spaziotempo quantistico influenza la propagazione della luce, anche questo può essere osservato in esperimenti futuri.
7) Le fluttuazioni nello spazio-tempo possono distruggere la capacità della luce proveniente da sorgenti lontane di creare schemi di interferenza. Questo effetto è stato cercato e mai trovato, almeno nel campo visibile.
La luce che passa attraverso due fessure spesse (in alto), due fessure sottili (al centro) o una fessura spessa (in basso) mostra un'interferenza indicativa della sua natura ondulatoria. Ma nella gravità quantistica, alcune delle proprietà di interferenza previste potrebbero non essere possibili.
8) Nelle aree di forte curvatura, il tempo può trasformarsi in spazio. Questo può accadere, ad esempio, all'interno di buchi neri o in un big bang. In questo caso, lo spazio-tempo a noi noto con tre dimensioni spaziali e una temporale può trasformarsi in uno spazio "euclideo" quadridimensionale.
Collegare due diversi luoghi nello spazio o nel tempo attraverso un wormhole rimane solo un'idea teorica, ma potrebbe non solo essere interessante, ma anche inevitabile nella gravità quantistica
Lo spaziotempo può essere connesso non localmente con minuscoli wormhole che permeano l'intero universo. Tali connessioni non locali devono esistere in tutti gli approcci la cui struttura sottostante non è geometrica, come un grafo o una rete. Ciò è dovuto al fatto che in tali casi il concetto di "prossimità" non sarà fondamentale, ma implicito e imperfetto, in modo che regioni lontane possano essere accidentalmente collegate.
10) Forse per combinare la teoria quantistica con la gravità, dobbiamo aggiornare non la gravità, ma la teoria quantistica stessa. Se è così, le conseguenze saranno di vasta portata. Poiché la teoria quantistica è al centro di tutti i dispositivi elettronici, la sua revisione aprirà possibilità completamente nuove.
Sebbene la gravità quantistica sia spesso vista come un'idea altamente teorica, ci sono molte possibilità per la verifica sperimentale. Tutti noi viaggiamo attraverso lo spazio-tempo ogni giorno. Capirlo può cambiare le nostre vite.
Ilya Khel
