Crediti: Juan Carlos Palomino, Faculty of Physics, University of Vienna
Ogni cosa a suo tempo, recita l’adagio. E ogni cosa ha il suo tempo, aggiunge la relatività generale. Nel senso che ogni punto dello spazio è come se avesse assegnato un clock ideale tutto per sé, che ticchetta in completa autonomia: se c’è nei dintorni un forte potenziale gravitazionale – per esempio – ecco che lì il tempo arranca. Ma l’autonomia degli infiniti clock, a ben guardare, è solo quasi completa. Già, perché quando ci mette lo zampino l’entanglement, ormai lo abbiamo imparato, la prima caratteristica che va a farsi benedire è proprio l’indipendenza.
Ebbene, partendo da un Gedankenexperiment – un esperimento mentale – tre fisici dell’Università di Vienna sono riusciti a dimostrare come l’influenza reciproca fra due clock in entanglement quantistico introduca un’incertezza intrinseca nella possibilità di misurare il tempo in due punti diversi dello spazio, simile al principio di indeterminazione di Heisenberg. In questo caso, più precisa è la misura del clock, maggiore sarà l’incertezza nella misura dell’energia presente nello spazio in cui si trova. Detto altrimenti, se prendiamo in considerazione gli effetti sia della meccanica quantistica sia della relatività generale, gli orologi si influenzano a vicenda, e il tempo diventa come sfocato.
Argomento quanto mai complesso, ma per nostra fortuna fra i tre autori dell’articolo c’è anche una ricercatrice di Roma, la ventiseienne Flaminia Giacomini, triennale e magistrale alla Sapienza e ora, appunto, dottoranda a Vienna nel gruppo di Časlav Brukner. E proprio a lei abbiamo rivolto qualche domanda.
Giacomini, partiamo dal protagonista del vostro studio: l’orologio. È lo stesso tipo d’oggetto che ho al polso, o voi fisici quantistici intendete qualcosa d’altro?
«In effetti, tra i concetti fondamentali dell’articolo usiamo il concetto di “orologio”, così come è inteso in meccanica quantistica. Può essere immaginato come un atomo, per esempio, il cui stato quantistico cambia. Parliamo quindi di sistemi fisici quantistici, e nell’articolo mostriamo come, nel limite classico, gli orologi si comportino così come vediamo nella vita di tutti i giorni. Per noi, dunque, tutto ciò che cambia è un orologio. Ma per vedere l’effetto che descriviamo questo orologio deve essere quantistico».
Flaminia Giacomini, coautrice dello studio, dottoranda all’Università di Vienna
Orologi quantistici, dunque. E il principio d’indeterminazione come salta fuori?
«Poniamo di avere due orologi A e B. Nel nostro articolo vediamo come il modo in cui l’orologio B misura il tempo cambia a seconda dell’energia dell’orologio A (che è in sovrapposizione quantistica, condizione necessaria affinché A sia un orologio). L’indeterminazione di cui parliamo è tra la precisione dell’orologio A e il “disturbo” causato da A su B».
Davvero A e B possono essere in entanglement, come fossero due particelle?
«Sì, si possono avere orologi in entanglement, e il motivo è semplice. Gli orologi hanno massa, e le masse si attraggono per conseguenza dell’interazione gravitazionale. Se i gradi di libertà coinvolti nell’interazione sono quantistici, come succede per i nostri orologi che si disturbano a vicenda, questo fatto crea entanglement».
Entanglement attraverso la gravità, dice il vostro articolo. Questo ci colpisce, perché di solito sono presentate come inconciliabili, la gravità e la meccanica quantistica…
«L’entanglement per mezzo della gravità è ancora un dibattito aperto, non si tratta della teoria standard della gravità. Il risultato si situa pertanto in un campo che va ancora compreso in fisica e per il quale non esiste una teoria, ovvero come conciliare meccanica quantistica e gravità. In questo senso è inatteso, perché non esiste una teoria formulata da applicare e dalla quale si possa derivare il risultato. Comunque, se si assume che la meccanica quantistica e l’equivalenza tra massa ed energia – E=mc2 – sono valide contemporaneamente, il nostro effetto ne deriva come conseguenza naturale. Tuttavia, la vasta letteratura a disposizione nel campo suggerisce che il concetto di tempo vada rivisto quando meccanica quantistica e relatività generale vengono considerate insieme».
Per saperne di più:
- Leggi su Pnas l’articolo “Entanglement of quantum clocks through gravity”, di Esteban Castro Ruiz, Flaminia Giacomini e Časlav Brukner