Il contrasto secolare tra Relatività e Meccanica Quantistica

time 1739625 640 300x200 - Il contrasto secolare tra Relatività e Meccanica QuantisticaDa cosa ha avuto origine tutto?

Questo è certamente uno dei quesiti cardine dell’esistenza umana.

Ecco, alcune soluzioni particolari della Relatività Generale prevedono che il tempo avesse avuto un inizio ed una fine.

In pratica, immaginando di tornare indietro nel tempo, l’idea è che vi sareste potuti trovare in una situazione in cui, tutto lo spazio, quindi tutta la materia, convergesse in un unico punto a densità infinita.

Un punto piccolissimo, ma dalla gravità spaventosamente grande.

Il nostro universo, per definizione, contiene tutto quello che è stato prodotto al momento del Big Bang, e non esiste nulla “al di fuori”, perché il concetto di “fuori” implicherebbe una nuova direzione (e quindi altre dimensioni) al di fuori dello spazio tempo descritto dalla Relatività Generale di Einstein.

Anche secondo Roger Penrose e Stephen Hawking lo spazio ed il tempo hanno avuto origine dal famoso “gigantesco BANG”.

Una botta non da poco.

Essi però sono concordi nell’affermare, che le intuizioni di Einstein cessano di essere valide in prossimità della singolarità iniziale.

La teoria di Einstein è fallace praticamente su scale piccolissime, dell’ordine della lunghezza di Planck, quando il raggio dell’Universo aveva le dimensioni di un milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di centimetro.

I due fisici sono concordi sul fatto che è dovuto esistere un momento in cui addirittura i raggi luminosi provenienti dalle stelle e dalla galassie, dovettero risultare piegati al fine di convergere in quel fatidico istante iniziale, in cui si pensa abbia avuto inizio nientedimeno che l’intero Universo.

Il concetto di gravità infinita porta a queste ed a ben altre considerazioni, c’è da saperlo.

La cosa strana sapete qual’è? E’ che se ci adoperiamo ad usare queste intuizioni, a ben vedere la forma dello spazio-tempo è praticamente quella di una pera.

pera 175x300 - Il contrasto secolare tra Relatività e Meccanica QuantisticaConcetti d’importanza cruciale riassunti da un frutto molto gradito ai bimbi.

Ma perché la teoria di Einstein viene invalidata su scale piccolissime?

Ecco, tenete presente che la Relatività Generale prima di tutto non contempla il principio di indeterminazione di Heisenberg, che rappresenta il cuore stesso della Meccanica Quantistica.

Ripetiamo il  concetto qui: se ad esempio potessimo determinare con precisione assoluta la posizione di una particella, ci troveremmo ad avere massima incertezza sulla sua velocità. Utilizzando un microscopio sempre più potente, si potrebbe pensare di individuarne l’ubicazione con sempre maggiore precisione; tuttavia, così facendo, noi dovremmo illuminare la particella con un fascio di luce (fotoni, i quali sono comunque particelle elementari), e così facendo, dato che la luce porta energia ed impulso, la nostra particella riceverebbe una piccola spinta che cambierebbe il suo stato di moto.

Il principio di indeterminazione, da un punto di vista concettuale, implica che l’osservatore, cioè lo scienziato che fa la misura, non potrà mai essere considerato un semplice spettatore, ma che il suo intervento nel misurare le cose, produrrà degli effetti non calcolabili: una indeterminazione che non potrà essere eliminata.

Ritornando ad Einstein, se guardassimo con una lente di ingrandimento dannatamente potente una piccola parte del tessuto spazio-temporale, ci accorgeremmo che in realtà lo spazio-tempo non è affatto liscio e piano; quanto piuttosto irregolare e spigoloso, pieno di deformazioni. Deformazioni derivanti dalle cosiddette “fluttuazioni quantistiche”, dovute alla creazione spontanea di coppie particella/antiparticella.

Botta e risposta.

La Teoria quantistica dei campi afferma che il vuoto non è così vuoto: ci sono in realtà delle fluttuazioni del campo di vuoto che producono effetti macroscopici misurabili.

Tornando al punto, la Relatività Generale applicata nell’istante “iniziale”, quindi, produrrebbe valori infiniti per parametri fisici quali densità e temperatura (la densità della materia raggiungerebbe valori così elevati da provocare un collasso gravitazionale dello stesso spaziotempo).

D’altro canto, le fluttuazioni quantistiche, avrebbero dovuto far collassare l’intero universo se si considera la famosa equazione E=mc2 (formula molto di moda sulle magliette). Tali fluttuazioni, infatti, andrebbero per forza di cose considerate come sorgenti di energia infinita e quindi come centri di gravità infinita.

Da qui nasce un contrasto secolare, per così dire, tra la teoria della Relatività Generale e la Meccanica Quantistica. Proprio perché manca una teoria completa che possa descrivere in modo unificato i fenomeni fisici contemporaneamente del mondo macroscopico e del mondo microscopico.

Parzialmente tratto da: “Il mio gatto odia Schrödinger“.

Albert Einstein And Niels Bohr
Scienza
La teoria della misurazione di Bohr

Spesso viene da chiedersi: “Cosa realizza la realtà?” Tratto da: Fisica quantistica per curiosi Esistono diverse risposte alla domanda “Cosa realizza la realtà?” e la prima risposta è contenuta nella teoria della misurazione di Bohr (scuola di Copenhagen), riportata nel testo dello studioso “Atomic theory in the description of nature” (Cambridge, 1934). Ed in essa si afferma che la riduzione della funzione d’onda avvenga a livello dello strumento di misura. Quest’ultima è l’interpretazione della meccanica quantistica maggiormente condivisa fra gli studiosi (nessuna speranza quindi che la coscienza dell’osservatore entri in ballo nel processo di realizzazione della realtà). Bohr volle subito eliminare la figura di un osservatore cosciente, e pensò immediatamente come sostituirlo con diversi artifizi. In pochi anni fu quindi messa a punto la versione definitiva della “interpretazione di Copenaghen”, la quale sostituì ad esso una “reazione termodinamica irreversibile”, affinché quindi lo stato non oggettivo potesse diventare uno stato oggettivo. La cosa fa nascere però alcune perplessità: sembrerebbe infatti impossibile che l’esistenza del mondo microscopico debba dipendere da eventi termodinamici irreversibili, ovvero eventi “macroscopici”. Non dovrebbe essere il contrario? Cioè che il macroscopico dipenda dal microscopico? Per questo ed altri motivi, molti fisici tra cui in primis Wigner (ne abbiamo parlato illustrando …

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