Archivi tag: fluttuazioni quantistiche

Focus sull’Universo primordiale

Il satellite Planck ha trascorso più di quattro anni nello spazio per catturare la luce più antica che siamo in grado di osservare: stiamo parlando della radiazione cosmica di fondo. Essa riempie tutto lo spazio e ci offre una sorta di istantanea di come appariva l’Universo circa 380 mila anni dopo il Big Bang. I dati di Planck hanno fatto luce, è il caso di dirlo, non solo sullo stato fisico e sull’evoluzione dell’Universo primordiale, ma anche sulla materia scura, quell’enigmatica componente che rappresenta lo ‘scheletro cosmico’ su cui sono distribuite le galassie e gli ammassi di galassie. Inoltre, i dati di Planck avvalorano l’inflazione cosmica, cioè quella fase di espansione esponenziale, avvenuta 10-35 secondi dopo il Big Bang, in cui l’Universo passò dalle dimensioni di un protone a quelle che, al di fuori di ogni comprensione, lo caratterizzano oggi. Continua a leggere Focus sull’Universo primordiale
Annunci

Planck avvalora l’origine quantistica dell’Universo

Tra le varie notizie che stanno emergendo dagli ultimi dati di Planck resi pubblici in queste ore, un altro aspetto fondamentale riguarda la conferma, al di là di ogni ragionevole dubbio, della teoria sull’origine quantistica dell’Universo, elaborata negli anni ’80 dal cosmologo Viatcheslav Mukhanov, ora presso la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). Continua a leggere Planck avvalora l’origine quantistica dell’Universo

La prova matematica sull’origine ‘spontanea’ dell’Universo

I cosmologi ritengono che le fluttuazioni quantistiche abbiano permesso all’Universo di emergere spontaneamente dal nulla. Oggi, essi hanno la prova matematica che supporterebbe tale idea.

Continua a leggere La prova matematica sull’origine ‘spontanea’ dell’Universo

I buchi bianchi potrebbero emergere da un ‘rimbalzo quantico’

È quanto sostiene uno studio condotto da due fisici secondo i quali i buchi neri potrebbero terminare il loro ciclo vitale trasformandosi nel loro esatto opposto: cioè negli ipotetici ‘buchi bianchi‘, che spazzerebbero nello spazio esterno, e in maniera violenta ed esplosiva, tutta la materia che hanno attratto quando erano buchi neri. Questa ipotesi, che si basa su una teoria ancora speculativa, detta gravità quantistica a loop (Loop Quantum Gravity, LQG), potrebbe risolvere il cosiddetto paradosso della (perdita) d’informazione dei buchi neri, un mistero che dura ormai da molto tempo.

Continua a leggere I buchi bianchi potrebbero emergere da un ‘rimbalzo quantico’

Simulare la radiazione di Hawking con un buco nero ‘artificiale’

Circa 40 anni fa, Stephen Hawking sbalordì i cosmologi quando annunciò che i buchi neri non sono completamente neri, dato che una piccola quantità di radiazione, detta radiazione di Hawking, sarebbe stata in grado di sfuggire all’intensa attrazione gravitazionale. Nel corso del tempo, questa conseguenza emersa nel tentativo di riconciliare la meccanica quantistica e la relatività generale ha sollevato una questione fondamentale, nota come paradosso della (perdita di) informazione dei buchi neri, sul fatto che l’informazione codificata nella radiazione svanisca definitivamente con essa una volta superato l’orizzonte degli eventi.

Continua a leggere Simulare la radiazione di Hawking con un buco nero ‘artificiale’

Il destino dell’Universo è davvero legato al bosone di Higgs?

La risposta è: no! Il bosone di Higgs non è ‘pericoloso’ e non distruggerà l’Universo. Per fare meglio il punto su quanto riportato dai vari media in questi giorni, cominciamo con il dire che il bosone di Higgs è un tipo di particella, una minuscola fluttuazione di un campo scalare complesso detto campo di Higgs. Questa particella alquanto “modesta”, se si è fortunati a crearne una (ricordiamo che LHC ne produce una su un trilione di collisioni protone-protone) ha una vita molto breve perché si disintegra trasformandosi in altre particelle in una piccolissima frazione di secondo, meno del tempo che impiega la luce per andare da una “estremità all’altra di un atomo”. Se qualcuno la pensa diversamente è perché ha letto probabilmente le recenti dichiarazioni di Stephen Hawking in occasione dell’uscita del suo libro Starmus – 50 Years of Man in Space (post).

Continua a leggere Il destino dell’Universo è davvero legato al bosone di Higgs?

Il bosone di Higgs provocherà la fine dell’Universo?

Stephen Hawking ha scommesso 100 dollari con Gordon Kane sul fatto che i fisici non sarebbero mai stati in grado di rivelare il bosone di Higgs. Dopo aver perso la scommessa, a seguito dei risultati resi pubblici nel 2012 dai fisici di LHC (post), Hawking affermò che la fisica era diventata meno interessante. Ora, però, nella prefazione relativa ad una nuova collezione di saggi e conferenze, denominata “Starmus“, il grande scienziato punta il dito sul problema per cui la cosiddetta “particella di dio” potrebbe un giorno rivelarsi responsabile della distruzione dell’intero Universo.

Continua a leggere Il bosone di Higgs provocherà la fine dell’Universo?

Le basi quantistiche in un universo classico

In occasione dell’anniversario della nascita del grande fisico e matematico austriaco Erwin Schrödinger, si è svolto in questi giorni presso l’IBM Watson Research Center, Yorktown Heights (New York) un interessante convegno che ha visto la partecipazione di alcuni fisici teorici di fama mondiale. Gli argomenti sono stati centrati attorno alle eventuali correlazioni tra le funzioni d’onda e le osservabili quantistiche, introdotte da Schrödinger, con il mondo materiale che fa parte della nostra realtà quotidiana. Continua a leggere Le basi quantistiche in un universo classico

Gli impulsi sonori primordiali e la geometria dello spaziotempo

Man mano che l’Universo si espande, lo spazio è continuamente soggetto ad una serie di fluttuazioni quantistiche che producono piccoli impulsi sonori nel tessuto spaziotemporale. Di fatto, si ritiene che l’Universo si sia originato proprio da una di queste fluttuazioni che si è improvvisamente amplificata per dare forma allo spazio cosmico.

Alcuni ricercatori della Princeton University hanno pubblicato un articolo in cui viene presentato un metodo matematico mediante il quale si potrebbero utilizzare questi impulsi sonori per studiare la forma geometrica dell’Universo. In altre parole, gli autori riprendono una vecchia domanda in cui si chiede fino a che punto la forma di un oggetto fisico può essere definita studiando la propagazione del suono che viene emesso dalle vibrazioni acustiche. Per capire di che cosa si tratta, consideriamo ad esempio un vaso. Se si colpisce il vaso con un cucchiaio, esso emetterà un suono caratteristico della sua forma. Allo stesso modo, la tecnica sviluppata dai ricercatori potrebbe, in linea di principio, permettere di determinare la forma dello spaziotempo andando ad analizzare la vibrazione delle lunghezze d’onda sonore che sono costantemente dovute alle fluttuazioni quantistiche. Insomma, si tratta di una tecnica innovativa ed originale che potrebbe fornire una relazione unica tra i due pilastri della fisica moderna, cioè la relatività generale e la teoria quantistica.

University of Princeton: Shape from sound — new methods to probe the universe

arXiv: Shape from sound: toward new tools for quantum gravity

L’origine delle probabilità secondo la meccanica quantistica

quantum_catDal giorno in cui il fisico austriaco Erwin Schroedinger ‘mise in gabbia’ il suo famoso gatto, i fisici poi hanno utilizzato la teoria dei quanti per spiegare il dualismo onda/particella che caratterizza il mondo degli atomi.

Oggi, grazie ad un articolo recente il professor Andreas Albrecht dell’Università della California, a Davis, sostiene che le cosiddette fluttuazioni quantistiche siano in realtà responsabili della probabilità di tutte le azioni, determinando così implicazioni importanti per i vari modelli cosmologici. La teoria dei quanti è una branca della fisica teorica che tenta di descrivere e prevedere le proprietà ed il comportamento delle particelle elementari. Una conseguenza della teoria è il fatto che le proprietà delle particelle non possano essere determinate con certezza finchè non le osserviamo, un processo che i fisici chiamano tecnicamente “collasso della funzione d’onda”. Il famoso esperimento mentale di Schroedinger permette di estendere questo concetto su lunghezze scala a cui siamo abituati. Un gatto viene intrappolato in una gabbia chiusa la quale contiene un veleno che viene liberato nel momento in cui un atomo radioattivo decade casualmente. Non possiamo affermare che il gatto sia vivo o morto senza aprire la gabbia. Schroedinger sosteneva che fino a che non viene aperta la gabbia e non si guarda al suo interno, il gatto si trova in uno stato ‘indeterminato’, cioè non può essere né vivo né morto. Ora, per molti questo è concetto difficile da accettare. Tuttavia, qualche anno fa Albrecht, in qualità di fisico teorico, concluse che questo è proprio il comportamento della probabilità su tutte le lunghezze scala, finchè non si è posto la domanda su quale potrebbe essere l’impatto che emerge da una situazione del genere nell’ambito della ricerca scientifica. “Sono arrivato a concludere che il modo con cui pensiamo alle fluttuazioni quantistiche e alla probabilità influenza il nostro modo di concepire i modelli che tentano di descrivere l’Universo”, spiega Albrecht. Una delle conseguenze importanti che derivano dalle fluttuazioni quantistiche è che ogni funzione d’onda collassata dà luogo a realtà differenti: ad esempio, una dove il gatto vive e un’altra dove il gatto muore. La realtà, così come noi la percepiamo, segue il suo corso attraverso questa serie di quasi infinite possibili alternative. Ci sono due modi attraverso i quali i teorici hanno cercato di avvicinarsi al problema di adattare, per così dire, la fisica quantistica al mondo reale: o si accetta il fatto che la realtà è costituita da molti mondi o universi multipli, oppure si deve assumere che c’è qualcosa di sbagliato o una lacuna nella teoria. Albrecht si basa sulla prima ipotesi. “Le nostre teorie cosmologiche affermano che la fisica quantistica funziona nel nostro Universo”. Ad esempio, le fluttuazioni quantistiche primordiali ci dicono perché si sono formate le galassie, una previsione che può essere confermata con le osservazioni dirette. Il problema con gli universi multipli è che se ne esistono davvero tanti diventa complicato ottenere delle risposte dalla fisica quantistica, come ad esempio il problema della massa del neutrino. Don Page ha mostrato che le regole probabilistiche del mondo dei quanti non sono in grado di fornire delle risposte alle domande fondamentali nel caso in cui consideriamo un vasto multiverso dove noi stessi non sappiamo in quale dei tanti singoli universi esistiamo”. Un tentativo di rispondere a questo quesito nasce dalla possibilità di aggiungere, per così dire, un ingrediente alla teoria: cioè un insieme di numeri che ci indicano quale è la probabilità che esistiamo in ogni singolo universo. Questa informazione può essere combinata con la teoria dei quanti da cui è possibile ottenere delle equazioni matematiche per derivare anche la massa del neutrino. “Ma non così facilmente” dice Albrecht. “Perché il nostro concetto di probabilità non ha alcuna base nella teoria dei quanti”. Se tutta la probabilità è di fatto la teoria dei quanti, allora tutto ciò non può essere fatto. Insomma, i singoli universi non possono essere descritti con l’attuale teoria dei quanti rispetto a quanto è stato assunto finora. “Queste considerazioni ci portano a ritenere che, forse, esistono vari tipi di probabilità, che si combinano e si confondono e per cui diventa necessario tenerle separate”, conclude Albrecht.

UCDavis: Does probability come from quantum physics?
arXiv: Origin of probabilities and their application to the multiverse