In uno studio un fisico del MIT descrive in dettaglio come
la creazione di due quark entangled simultaneamente dia origine a un wormhole
che collega la coppia. I risultati teorici supportano l'idea che le leggi di
gravità che tengono insieme l'universo potrebbero non essere fondamentali, ma
derivare dall'entanglement quantistico.
Essenzialmente, l'entanglement coinvolge due particelle,
ognuna delle quali occupa più stati contemporaneamente, una condizione
denominata sovrapposizione. Ad esempio, entrambe le particelle possono ruotare
simultaneamente in senso orario e antiorario. Ma nessuna delle due ha uno stato
definito fino a quando non viene misurata, facendo sì che l'altra particella
assuma istantaneamente uno stato corrispondente. Le correlazioni risultanti tra
le particelle vengono preservate, anche se risiedono alle estremità opposte
dell'universo. Ma cosa consente alle particelle di comunicare istantaneamente -
e apparentemente più velocemente della velocità della luce - su distanze così
vaste? All'inizio di quest'anno, i fisici hanno proposto una risposta sotto
forma di "wormhole" o tunnel gravitazionali. Il gruppo ha dimostrato
che creando due buchi neri intrecciati e poi separandoli, hanno formato un
wormhole - essenzialmente una "scorciatoia" attraverso l'universo -
che collega i buchi neri lontani.
Ora un fisico del MIT ha scoperto che, vista attraverso la
lente della teoria delle stringhe, la creazione di due quark entangled - i
mattoni della materia - dà origine simultaneamente a un wormhole che collega la
coppia. I risultati teorici rafforzano l'idea relativamente nuova ed eccitante
che le leggi di gravità che tengono insieme l'universo potrebbero non essere
fondamentali, ma derivare da qualcos'altro: l'entanglement quantistico. Julian
Sonner, un postdoc senior presso il Laboratorio di Scienza Nucleare e Centro di
Fisica Teorica del MIT, ha pubblicato i suoi risultati sulla rivista Physical
Review Letters , dove appare insieme a un articolo correlato di Kristan Jensen
dell'Università di Victoria e Andreas Karch del Università di Washington :
La rete aggrovigliata
che è la gravità
Da quando la meccanica
quantistica è stata proposta per la prima volta più di un secolo fa, la sfida
principale per i fisici nel campo è stata quella di spiegare la gravità in
termini quantomeccanici. Mentre la meccanica quantistica funziona estremamente
bene nel descrivere le interazioni a livello microscopico, non riesce a
spiegare la gravità, un concetto fondamentale di relatività, una teoria
proposta da Einstein per descrivere il mondo macroscopico. Quindi, sembra
esserci una barriera importante per riconciliare la meccanica quantistica e la
relatività generale; per anni, i fisici hanno cercato di elaborare una teoria
della gravità quantistica per unire i due campi.
"Ci sono alcune
domande difficili sulla gravità quantistica che ancora non comprendiamo, e
abbiamo battuto la testa contro questi problemi per molto tempo", dice
Sonner. "Dobbiamo trovare le strade giuste per comprendere queste
domande."
Una teoria della
gravità quantistica suggerirebbe che la gravità classica non è un concetto
fondamentale, come inizialmente proposto da Einstein, ma piuttosto emerge da un
fenomeno più basilare e quantistico. In un contesto macroscopico, ciò
significherebbe che l'universo è modellato da qualcosa di più fondamentale
delle forze di gravità.
È qui che
l'entanglement quantistico potrebbe svolgere un ruolo. Potrebbe sembrare che il
concetto di entanglement - uno dei più fondamentali nella meccanica quantistica
- sia in diretto conflitto con la relatività generale: due particelle
entangled, "comunicanti" attraverso grandi distanze, dovrebbero farlo
a velocità superiori a quella della luce - una violazione delle leggi della
fisica, secondo Einstein. Può quindi sorprendere che l'uso del concetto di
entanglement per costruire lo spazio-tempo possa essere un passo importante
verso la riconciliazione delle leggi della meccanica quantistica e della
relatività generale.
Tunneling alla quinta dimensione
A luglio, i fisici Juan Maldacena dell'Institute for
Advanced Study e Leonard Susskind della Stanford University hanno proposto una
soluzione teorica sotto forma di due buchi neri intrecciati. Quando i buchi
neri sono stati aggrovigliati e poi separati, i teorici hanno scoperto che ciò
che è emerso era un wormhole, un tunnel attraverso lo spazio-tempo che si pensa
sia tenuto insieme dalla gravità. L'idea sembrava suggerire che, nel caso dei
wormhole, la gravità emerge dal fenomeno più fondamentale dei buchi neri
entangled.
Seguendo il lavoro di Jensen e Karch, Sonner ha cercato di
affrontare questa idea a livello di quark, elementi costitutivi subatomici
della materia. Per vedere cosa emerge da due quark entangled, ha prima generato
quark usando l'effetto Schwinger, un concetto nella teoria quantistica che
consente di creare particelle dal nulla. Più precisamente, l'effetto, chiamato
anche "creazione di coppie", consente a due particelle di emergere da
un vuoto, o zuppa di particelle transitorie. Sotto un campo elettrico, si può,
come dice Sonner, "catturare un paio di particelle" prima che
scompaiano di nuovo nel vuoto. Una volta estratte, queste particelle sono
considerate impigliate.
Sonner ha mappato i quark entangled su uno spazio
quadridimensionale, considerato una rappresentazione dello spazio-tempo. Al
contrario, si pensa che la gravità esista nella dimensione successiva poiché,
secondo le leggi di Einstein, agisce per "piegare" e modellare lo
spazio-tempo, esistendo così nella quinta dimensione.
Per vedere quale geometria può emergere nella quinta
dimensione dai quark entangled nella quarta, Sonner ha impiegato la dualità
olografica, un concetto nella teoria delle stringhe. Sebbene un ologramma sia
un oggetto bidimensionale, contiene tutte le informazioni necessarie per
rappresentare una vista tridimensionale. Essenzialmente, la dualità olografica
è un modo per derivare una dimensione più complessa dalla successiva dimensione
più bassa.
Usando la dualità olografica, Sonner ha derivato i quark
entangled e ha scoperto che ciò che è emerso era un wormhole che collegava i
due, il che implica che la creazione di quark crea simultaneamente un wormhole.
Più fondamentalmente, i risultati suggeriscono che la gravità può, infatti,
emergere dall'entanglement. Inoltre, la geometria, o flessione, dell'universo
come descritto dalla gravità classica, può essere una conseguenza
dell'entanglement, come quello tra coppie di particelle messe insieme da
tunneling wormholes.
"È la rappresentazione più elementare che abbiamo
ancora in cui l'entanglement dà origine a una sorta di geometria", dice
Sonner. “Cosa succede se una parte di questo entanglement viene persa, e cosa
succede alla geometria? Ci sono molte strade che possono essere percorse e, in
questo senso, questo lavoro può rivelarsi molto utile ".
La geometria che stanno cercando potrebbe essere spiegata
dalla fisica eterica.
In fisica
la via dell'ottetto è un termine coniato dal fisico
statunitense Murray Gell-Mann per
una teoria che organizza le particelle subatomiche barioni e mesoni in ottetti. La teoria è stata anche
presentata indipendentemente dal fisico israeliano Yuval Ne'eman ed ha portato ai successivi sviluppi del
modello di quark.
Il nome
traduce il termine inglese eightfold way che allude al Nobile ottuplice sentiero (Noble
Eightfold Path) del buddhismo che è la quarta delle quattro nobili verità e
che rappresenta la via alla fine della sofferenza.
Quando una
struttura atomica viene improvvisamente frantumata, emergono brevi piste che
volarono via dal normale schema di “particella” a spirale in una camera a
bolla, e furono nominati “quark”. Questi “quark dovrebbero scomparire molto
rapidamente dopo essere stati rilasciati la prima volta. La geometria dei loro
movimenti fu analizzata attentamente, dal momento che l’unica cosa che si può
realmente rilevare in un’analisi a traccia di vapore sono differenti forme
geometriche di movimento. Furono scoperti molte defferenti forme di “quark”,
ognuna con proprietà geometriche differenti, ingannevolmente chiamate come
“color”, “charm” [“fascino”] e “strangeness” [“stranezza”]. Murray Gell-Mann fu
il primo a scoprire un modello unificato che mostrasse come tutte queste
proprietà geometriche differenti fossero correlate, e lo chiamò “Eightfold Way”.
La struttura geometrica unificata che vediamo è un tetraedro.
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