Cambiare l'equazione di Schrödinger potrebbe unire la relatività e la meccanica quantistica


I fisici hanno recentemente proposto modifiche al famoso paradosso del gatto di Schrödinger che potrebbero aiutare a spiegare perché le particelle quantistiche possono esistere in più di uno stato contemporaneamente, mentre gli oggetti di grandi dimensioni (come l'universo) non sembrano essere in grado di farlo.

Relatività di Einstein e meccanica quantistica

La fisica è un campo complesso e affascinante che cerca di comprendere le leggi fondamentali che governano il nostro universo. Due delle teorie più influenti e di successo in questo campo sono la teoria della relatività di Einstein e la meccanica quantistica.

Relatività, formulata principalmente da Albert Einstein all'inizio del 20° secolo, ha rivoluzionato il nostro comprensione dello spazio, del tempo e della gravità . Questa teoria è composta da due parti principali: relatività speciale e relatività generale. La relatività speciale descrive essenzialmente il comportamento degli oggetti che si muovono a velocità prossime a quella della luce, mentre la relatività generale spiega la gravitazione come la curvatura dello spaziotempo dovuta alla presenza di massa ed energia.

D'altra parte, la meccanica quantistica è una teoria che descrive il comportamento delle particelle subatomichecome elettroni e fotoni. A differenza della fisica classica, postula che queste particelle possano esistere stati sovrapposti, il che significa che possono occupare più stati contemporaneamente. Ad esempio, un elettrone può trovarsi sia nello stato d'onda che in quello di particella finché non viene osservato. Cioè, quando viene effettuata una misurazione, il sistema quantistico collassa in uno di questi stati, producendo un valore preciso per l’osservabile misurato.

attrazione gravitazionale gravità Schrödinger
Concetto di gravità e teoria generale della relatività. Terra e sole sullo spazio-tempo deformato. Crediti: vchal/istock

Problema di compatibilità

Il problema sorge quando cerchiamo di unificare queste due teorie in un’unica descrizione coerente dell’universo. In effetti, la relatività e la meccanica quantistica sembrano esserlo disaccordo su diversi punti cruciali. Ad esempio, la meccanica quantistica prevede l’esistenza di stati sovrapposti, mentre la relatività generale descrive un universo in cui gli oggetti hanno posizioni e velocità ben definite. Inoltre, la meccanica quantistica utilizza un quadro probabilistico per descrivere il comportamento delle particelle, mentre la relatività si basa su equazioni deterministiche per descrivere le dinamiche spazio-temporali.

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IL Il paradosso del gatto di Schrödinger illustra perfettamente questa incompatibilità. In questo famoso scenario, un gatto si trova in una scatola con un dispositivo che può innescare il rilascio di un veleno, uccidendolo. Secondo la meccanica quantistica, finché la scatola è chiusa, il gatto è in uno stato di sovrapposizione, sia vivo che morto. Solo quando si apre la scatola e si osserva il gatto si determina la sua condizione. Ciò però contraddice l’intuizione classica secondo cui il gatto non può essere né vivo né morto, ma deve trovarsi in un unico stato ben definito.

Per cercare di conciliare queste due prospettive apparentemente contraddittorie, i fisici hanno proposto una modifica dell’equazione di Schrödinger, che è al centro della meccanica quantistica. Questo cambiamento suggerisce che i sistemi quantistici collassano spontaneamente a intervalli regolari, acquisendo così valori definiti per le loro osservabili. In altre parole, invece di rimanere indefinitamente in uno stato sovrapposto, le particelle quantistiche finiscono per “scegliere” uno stato specifico in modo casuale e spontaneo.

Un approccio innovativo

Per vedere le cose più chiaramente, immagina di guardare il mondo attraverso due lenti diverse. Da un lato, hai la lente della meccanica quantistica che ti permette di vedere il mondo delle particelle subatomiche, dove le cose possono trovarsi in più stati contemporaneamente, come una sorta di danza probabilistica. D'altra parte, hai la lente della relatività generale di Einstein, che ti dà un'immagine su larga scala dell'universo, dove gli oggetti seguono traiettorie deterministiche ben definite, come i pianeti che orbitano attorno a una stella.

Queste due visioni del mondo sembrano quindi spesso in contraddizione tra loro. La meccanica quantistica ci dice che le cose possono essere confuse e incerte, mentre la relatività generale ci dice che tutto è preciso e definito. È un po' come provare a mescolare olio e acqua: semplicemente non sembra possibile.

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Nell’ambito di questo nuovo lavoro, i fisici hanno quindi pensato: e se, invece di vedere le cose in modo confuso o preciso, trovassimo un modo per farle essere entrambe allo stesso tempo, ma su scale diverse? È qui che entra in gioco la modifica dell’equazione di Schrödinger.

Questa modifica suggerisce che i sistemi quantistici, come le particelle subatomiche, possono collassare spontaneamente a intervalli regolari, scegliendo così uno stato specifico tra una moltitudine di possibilità. Ciò dà loro una sorta di “spinta” verso un certo stato, che li rende più coerenti con la nostra visione classica del mondo su larga scala governato dalla relatività generale.

In altre parole, questa modifica dell'equazione di Schrödinger consente alle particelle quantistiche di passare da uno stato confuso e incerto a uno stato preciso e definito nel tempo, senza bisogno di un'osservazione esterna per causarlo. Ciò spiegherebbe perché non vediamo oggetti macroscopici, come i gatti nelle scatole, in strani stati sovrapposti, ma piuttosto in stati definiti e osservabili.

È come se avessimo trovato un modo per unire le due lenti insieme per ottenere un'immagine più chiara e coerente del mondo che ci circonda. Naturalmente, c'è ancora molto lavoro da fare per testare questa idea e vedere se regge davvero, ma è una prospettiva entusiasmante che potrebbe aiutarci a comprendere meglio i misteri dell'universo.

I dettagli dello studio sono pubblicati in Giornale di fisica delle alte energie .





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