Come la sovrapposizione degli stati influenza il tempo

Nel mondo della meccanica quantistica si possono osservare numerosi fenomeni che nella dimensione macrocosmica risulterebbero assurde e incomprensibili. Tra questi vi è la cosiddetta sovrapposizione degli stati, fenomeno per il quale una particella quantistica si trova allo stesso momento in più stati diversi, e solo nel momento in cui interviene lo scienziato a mettervi in atto una misurazione, questa assume uno stato ben preciso.

E’, chiaramente, uno dei tanti esempi che dimostrano che, a livello della meccanica quantistica, è impossibile considerare l’osservatore-sperimentatore come neutrale, poiché la sua azione ha sempre effetti su quanto vuole misurare. Questo è anche il principio alla base del famoso indice di indeterminatezza di Heisenberg, secondo il quale l’impossibilità di scindere sperimentatore e particella studiata, porta all’impossibilità di stabilire con certezza se le misurazioni fatte sono esatte.

Naturalmente tale principio si osserva anche negli elettroni: finché lo scienziato non li osserva direttamente, questi possono trovarsi in più posizioni contemporaneamente, ognuna delle quali è associata a una certa probabilità, ma al momento dell’osservazione, l’elettrone si localizza in una posizione ben precisa.

Questa teoria, già consolidata e supportata da prove nell’ambito quantistico, si è arricchita di recente di ulteriori sviluppi grazie a uno studio condotto da un team di ricercatori del Darmouth College, del Saint Anselm College e della Santa Clara University, i quali hanno scoperto che la sovrapposizione degli stati ha effetto anche sul tempo, provocando un fenomeno noto come dilatazione quantistica del tempo.

Tale ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Communications, ha avuto come obiettivo quello di fare nuove previsioni sulla natura del tempo, andando oltre la teoria della relatività di Einstein. Alexander Smith, autore principale dello studio, afferma che, ogni qualvolta che gli scienziati hanno messo a punto orologi migliori, hanno compreso qualcosa in più sul funzionamento del mondo, e aggiunge anche che la dilatazione quantistica del tempo, essendo una conseguenza sia della meccanica quantistica che della teoria della relatività di Einstein, offre una nuova possibilità di testare i principi fondamentali della fisica quando le due teorie si intersecano.

Einstein, nei primi del ‘900, aveva dimostrato come il tempo misurato da un orologio dipende dalla velocità con cui esso si muove: all’aumentare di questa, diminuisce la velocità con cui l’orologio ticchetta. Tale principio può essere applicato anche a livello microscopico: applicando la regola della sovrapposizione degli stati a un orologio microscopico, si noterà come le sue lancette si troveranno in posizioni diverse e si muoveranno a velocità diverse nello stesso momento, almeno finché lo sperimentatore non applicherà una misura su di esse.

Partendo da ciò, la meccanica quantistica ammette la possibilità che l’orologio si muove a due velocità diverse, in una sorta di sovrapposizione quantistica della velocità.
Integrando questo approccio teorico con tecniche moderne derivanti dalla scienza dell’informatica quantistica, lo studio ha fornito una teoria probabilistica della misurazione del tempo, che ha portato a elaborare una previsione della dilatazione quantistica del tempo.

Tale teoria prevede anche una dilatazione quantistica del tempo simile a quella relativistica. Mehdi Ahmadi, altro membro del team di ricerca, ha spiegato che, nel tentativo di conciliare la natura dinamica e relativistica del tempo con le leggi della meccanica quantistica, nella sua ricerca “abbiamo predetto le correzioni alla dilatazione relativistica del tempo derivanti dal fatto che gli orologi atomici hanno una natura quantistica, e quindi sono sottoposti alle leggi della meccanica quantistica”.

Occorre precisare che tali correzioni sono di entità troppo piccola per poter essere misurate, ma la capacità di rilevare questo effetto potrebbe consentire di effettuare una prova della dilatazione del tempo utilizzando gli orologi atomici più avanzati. Riguardo quali implicazioni pratiche potrebbe avere questa teoria, è ancora troppo presto per poterlo immaginare…

Fonti:
www.focustech.it
www.reccom.org
www.galileonet.it