L’Universo senza compleanno

Secondo il modello del Big Bang, la struttura su larga dell’Universo si espande continuamente, e sempre più velocemente, e lo spazio appare mediamente uguale in ogni direzione. Inoltre, il modello del Big Bang assume che la fisica convenzionale, inclusa la teoria della gravità di Einstein, sia più o meno corretta. In base a questo modello, se si riavvolge indietro di 13,8 miliardi di anni la storia cosmica si arriva ad un “inizio” in cui l’Universo si trovava in uno stato fisico incredibilmente caldo e denso: stiamo parlando della singolarità gravitazionale. Il tempo inizia quando questa singolarità esplode nel Big Bang. Stephen Hawking ha dichiarato che è possibile “eliminare” dalle nostre teorie cosmologiche alcuni eventi “prima” del Big Bang in quanto non esiste alcun modo di misurarli. Tuttavia, la domanda su ciò che ha preceduto il Big Bang rimane ancora affascinante e per qualche scienziato non si può evitare dal punto di vista teorico.

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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.

E’ la teoria delle stringhe alla base della meccanica quantistica?

E’ quanto emerge da uno studio proposto da due ricercatori della University of South California (USC) e che potrebbe aprire una nuova finestra per utilizzare la teoria delle stringhe, o una sua estensione, cioè la la teoria-M, come il punto di partenza di tutte le leggi della fisica.

Un ‘sondaggio’ su alcuni principi fondamentali della meccanica quantistica

Tre fisici, Maximilian Schlosshauer, Johannes Kofler, Anton Zeilinger hanno pubblicato un articolo in cui descrivono i risultati di un sondaggio che è stato proposto in occasione del meeting Quantum Physics and the Nature of Reality tenutosi in Austria nel Luglio del 2011. Lo scopo del sondaggio era quello di vedere quanto accordo c’è, o meno, nella comunità dei fisici in relazione ad alcune questioni fondamentali della meccanica quantistica. Sorprendentemente, i risultati indicano che non esiste un buon consenso nell’ambito di alcuni principi fondamentali.

La meccanica quantistica è la miglior teoria che descrive il mondo degli atomi. Le sue basi risalgono a quasi un secolo fa quando Albert Einstein e Niels Bohr svilupparono una serie di modelli e di teorie che avevano lo scopo di comprendere se le particelle esistessero in certe posizioni e in certi istanti di tempo o se, invece, si muovessero costantemente nello spazio con una probabilità di essere osservate in una determinata posizione ad un certo istante di tempo. La seconda idea portò Bohr a concludere che se questo fosse stato il caso allora l’Universo è un luogo in cui regna l’indeterminazione e perciò le sue fondamenta sono di tipo probabilistico. Einstein, riluttante a questa idea terribile, rispose con la sua famosa frase “Dio non gioca a dadi”. Oggi, quasi un secolo dopo, i fisici moderni sono ancora divisi. Di fatto, il sondaggio mostra che il 42% è d’accordo con Bohr mentre il resto è suddiviso tra varie teorie. Ma la cosa più sorprendente di tutte è che il 64% di tutti coloro che hanno risposto alle domande concordano sul fatto che la visione dell’Universo secondo Einstein è sbagliata. Inoltre, un altro tema del sondaggio verteva sul fatto se gli oggetti quantistici conservano le stesse proprietà fisiche così come quando essi vengono osservati. Più del 50% hanno risposto di si. Insomma, se ci basiamo su questi risultati pare che Richard Feynman avesse ragione quando una volta rispondendo a un giornalista dichiarò: “Se qualcuno ritiene di comprendere la teoria dei quanti o è un bugiardo o è un pazzo”.

arXiv: A Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics

Misurata ‘debolmente’ una violazione del principio di indeterminazione

Uno dei pilastri fondamentali della meccanica quantistica è il principio di indeterminazione, introdotto da Werner Heisenberg nel 1927. Secondo questo principio, non è possibile misurare contemporaneamente la velocità e la posizione di una particella senza arrecare un certo ‘disturbo’ al sistema fisico che si vuole studiare.

Questo principio fondamentale della fisica ha fatto un po’ ‘tremare’ i teorici della meccanica quantistica finchè di recente alcuni ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Toronto hanno dimostrato che è possibile misurare direttamente questo effetto di disturbo suggerendo che lo stesso Heisenberg è stato inizialmente un po’ troppo pessimista. Infatti, i ricercatori guidati dal professor Aephraim Steinberg hanno misurato una proprietà del fotone, e cioè la sua polarizzazione, ottenendo anche una misura di quanto può incidere l’effetto di disturbo sull’esperimento dovuto all’apparato strumentale. Ma per fare questo, è stato necessario misurare la polarizzazione del fotone prima che interagisse con lo strumento anche se questo tentativo di misura influenza il fotone stesso. Dunque, per superare il problema, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica, detta di misurazione debole, dove l’azione di uno strumento di misura incide in un modo tale che ha un effetto quasi trascurabile sul sistema che si vuole analizzare (in questo caso il fotone, ndb). Dunque, prima che ogni fotone venisse inviato verso l’apparato strumentale, i ricercatori lo hanno, per così dire, ‘misurato debolmente’ e poi hanno ripetuto la misura in modo da confrontare alla fine i risultati. E’ stato trovato che il disturbo indotto dalla misura è inferiore a quello previsto dal principio d’indeterminazione. Questi risultati ci permettono di ‘aggiustare’ quei limiti entro i quali gli effetti della meccanica quantistica si fanno sentire quando si realizzano gli esperimenti. Insomma, quel bizzarro mondo dei quanti pieno di stranezze è ancora caratterizzato da tante incertezze che, però, pare non siano come quelle previste dal principio di indeterminazione.

ArXiv: Violation of Heisenberg’s Measurement-Disturbance Relationship by Weak Measurements