Il tempo come illusione quantistica: un enigma che da millenni affascina e sfida menti brillanti, da filosofi a scienziati. Paradossalmente, più la nostra comprensione della realtà fisica si approfondisce, più la risposta a questa domanda fondamentale sembra sfuggirci.
Al cuore della questione risiede il cosiddetto “problema del tempo”, un nodo gordiano che fa capolino dal contrasto tra le due colonne portanti della fisica moderna: la relatività generale e la meccanica quantistica. Mentre la prima concepisce il tempo come una dimensione relativa, intrecciata con lo spazio nel tessuto stesso dell’universo, la seconda lo considera un parametro universale e assoluto.
Un gruppo di fisici italiani dell’Istituto di sistemi complessi (ISC) del Consiglio nazionale delle ricerche ha recentemente proposto una soluzione audace a questo dilemma. La loro ipotesi, basata su un’idea formulata decenni fa, suggerisce che il tempo potrebbe essere un’illusione, un prodotto dell’entanglement quantistico, un fenomeno in cui particelle distanti rimangono misteriosamente connesse.
La vera rivoluzione di questo modello, pubblicato sulla rivista Physical Review A, è la sua capacità di ricavare la definizione di tempo coerente con la relatività generale a partire dai principi della meccanica quantistica. In altre parole, apre una strada promettente per superare l’attuale incompatibilità tra le due teorie. Alla fine ne esce una visione unificata del tempo che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione dell’universo.
Quantistica vs relatività del tempo
Due sono i pilastri fondamentali su cui si basa la fisica moderna, che furono introdotti nella prima metà del XX secolo: la meccanica quantistica e la relatività generale.
Nella prima viene descritto il comportamento di particelle e onde su scala microscopica, mentre nella seconda la gravità viene interpretata come la curvatura dello spazio-tempo. Questo è il palcoscenico quadridimensionale in cui si svolge la nostra esistenza.
Entrambe le teorie hanno dimostrato la loro straordinaria precisione e validità attraverso innumerevoli verifiche sperimentali. Tuttavia, quando si tenta di unirle in modo coerente, in una teoria quantistica della gravità, si manifestano delle profonde contraddizioni.
Enigma analogo riguarda il concetto di tempo. Nella relatività generale, il tempo è una componente intrinseca del tessuto dell’universo, malleabile e influenzabile dalla gravità. Al contrario, la meccanica quantistica lo considera un parametro assoluto, immutabile e indipendente dalle proprietà fisiche degli oggetti.
Questa discrepanza solleva interrogativi cruciali: è possibile che il tempo sia un’illusione quantistica, un artefatto della nostra limitata percezione? O forse esiste una realtà più profonda, in cui le due concezioni del tempo si fondono in una sintesi armoniosa?
La ricerca di una teoria unificata, in grado di conciliare la meccanica quantistica e la relatività generale, è una delle sfide più affascinanti e complesse della fisica contemporanea. Una teoria che potrebbe svelare la vera natura del tempo, rivelando se si tratta di un’illusione quantistica o di una realtà fondamentale dell’universo.
Dagli anni 80 arriva un’idea
Paola Verrucchi, co-autrice dello studio, spiega:
Nel nostro lavoro abbiamo ripreso un’idea proposta nel 1983 dai fisici Don Page e William Wootters, secondo cui il tempo nascerebbe come risultato dell’entanglement tra sistemi quantistici, uno dei quali funge da orologio.
Ma cosa significa entanglement? Nel mondo subatomico, una particella può esistere in più stati contemporaneamente. Ad esempio, una particella può ruotare sia in senso orario che antiorario (spin su o giù) finché non viene misurata, momento in cui “collassa” in uno stato definito.
L’entanglement, invece, è un fenomeno ancora più enigmatico: due particelle possono essere così intimamente connesse che condividono la stessa sovrapposizione di stati. Misurando una particella, l’altra collassa istantaneamente nello stato opposto, indipendentemente dalla distanza che le separa.
In questa prospettiva, dire che qualcosa accade in un certo istante significa che un oggetto (l’orologio) si trova in un determinato stato. Nel modello di Page e Wootters (e nel nostro), il tempo è il risultato dell’entanglement tra due sistemi: un sistema che evolve e un orologio.
Paola Verrucchi
In altre parole, quando osserviamo un oggetto cambiare nel tempo, ciò che percepiamo è l’entanglement tra questo oggetto e un orologio. Questa visione ha implicazioni sorprendenti: un osservatore esterno a questa coppia (sistema + orologio) vedrebbe un universo statico e immobile. Il tempo, quindi, potrebbe essere solo un’illusione quantistica, un prodotto della nostra osservazione che perturba il sistema quantistico.
L’idea del tempo come illusione quantistica, sebbene affascinante, solleva interrogativi profondi sulla natura della realtà e della nostra percezione. È possibile che il tempo, così fondamentale per la nostra esperienza, sia semplicemente un artefatto della nostra interazione con il mondo quantistico? Questa prospettiva rivoluzionaria apre nuove strade per la ricerca e la comprensione della natura del tempo e dell’universo stesso.
Out of time
La Verrucchi approfondisce questo concetto:
Abbiamo esteso il meccanismo di Page e Wootters, rendendolo più generale e includendo alcune considerazioni successive. Questo modello, già verificato sperimentalmente nel 2012, ci ha permesso di derivare la definizione di tempo perfettamente in linea con la meccanica classica e quindi compatibile con la relatività di Einstein.
Il modello proposto rappresenta l’orologio come un sistema di piccoli magneti entangled con un oscillatore quantistico, l’analogo quantistico di una molla. Attraverso una versione leggermente modificata dell’equazione di Schrödinger, i ricercatori sono riusciti a caratterizzare questo sistema.
La novità risiede nella sostituzione della variabile tempo convenzionale con una nuova variabile legata allo stato quantistico dei magneti, interpretata come una “lettura quantistica” del tempo. Estendendo il calcolo a scale più grandi, al di fuori del regime quantistico, con grande sorpresa i risultati rimangono coerenti sia con la nuova definizione di tempo che con la trattazione classica.
Questa coerenza a diverse scale suggerisce che il tempo potrebbe non essere una grandezza fondamentale, ma nasce dalle interazioni quantistiche. Ciò apre la strada all’ipotesi che il tempo sia un’illusione quantistica.
Sebbene siano necessari ulteriori studi per confermare questa prospettiva, i risultati di Verrucchi e colleghi rappresentano un passo avanti importante verso la comprensione più profonda della natura del tempo e del suo legame con la meccanica quantistica e la relatività generale.
Tempo come illusione quantistica: l’entanglement è l’inizio
La fisica quantistica ci svela un universo in cui l’entanglement, il legame invisibile tra particelle distanti, potrebbe essere la chiave per comprendere la natura stessa del tempo.
In questa prospettiva, il tempo assoluto, un concetto familiare nella fisica classica, potrebbe riemergere in un contesto quantistico. Nella “singolarità” iniziale, l’entanglement universale avrebbe regnato sovrano, creando un legame indissolubile tra ogni particella dell’universo. Questo legame primordiale potrebbe spiegare perché il tempo, così come lo percepiamo, sembra scorrere inesorabilmente in una sola direzione.
L’entanglement potrebbe quindi essere la radice di ciò che viene chiamato “tempo illusione quantistica“, una specie di effetto “Fata Morgana” creato dalla nostra percezione limitata di un universo intrinsecamente interconnesso. Se questa teoria fosse confermata, rivoluzionerebbe la nostra comprensione del tempo e della realtà stessa.
Il concetto di tempo e le teorie moderne
Il concetto di tempo, da sempre oggetto di dibattito filosofico e scientifico, si rivela sempre più sfuggente alla luce delle teorie moderne. La relatività generale e la meccanica quantistica, pur essendo entrambe verificate sperimentalmente, offrono visioni contrastanti del tempo: relativo e deformabile nella prima, assoluto e immutabile nella seconda.
Una possibile soluzione a questa discrepanza nasce da un’ipotesi affascinante: il tempo come illusione quantistica, un’illusione derivante dall’entanglement tra sistemi quantistici. Il modello proposto sembra fornire una definizione di tempo compatibile sia con la meccanica quantistica che con la relatività generale. Inoltre, l’ipotesi dell’entanglement primordiale suggerisce che il tempo, nella sua forma assoluta, potrebbe essere esistito solo all’inizio dell’universo.
Tuttavia, questa teoria rimane per ora un’ipotesi intrigante. La sfida futura sarà quella di trovare prove sperimentali che possano confermare o smentire questa visione rivoluzionaria del tempo.
