Effetto farfalla, viaggi nel tempo e mondo quantistico

La questione delle potenziali conseguenze dell’effetto farfalla sui viaggi nel tempo ha suscitato un interesse anche tra i fisici, che hanno iniziato a ipotizzare uno scenario quantistico dell’effetto.

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Effetto farfalla è un termine che viene utilizzato per descrivere quelle situazioni in cui, infinitesime variazioni nelle condizioni iniziali di un sistema dinamico non lineare, producono variazioni grandi e crescenti nel comportamento successivo di questi sistemi.

Si tratta di un concetto entrato a far parte anche della fisica che si occupa della teoria del caos, grazie al matematico e meteorologo Edward Lorenz, che lo ha introdotto nel titolo di un suo articolo del 1972: “Prevedibilità: può il battito delle ali di una farfalla in Brasile provocare un tornado in Texas?” Anche la narrativa legata ai viaggi nel tempo ha utilizzato il significato di questo termine, in particolare nel romanzo di Ray BradburyA sound of the thunder” (1952), dove un personaggio riesce a cambiare il futuro semplicemente calpestando una farfalla.

Al di là del mondo narrativo, la questione delle potenziali conseguenze dell’effetto farfalla sui viaggi nel tempo ha suscitato un interesse anche tra i fisici, che hanno iniziato a ipotizzare uno scenario quantistico dell’effetto.

In particolare, Nikolai Sinitsyn e Bin Yan, due fisici del Los Alamos National Laboratory (Stati Uniti), utilizzando un computer quantistico di tipo IBM-Q, sono riusciti a simulare l’evoluzione di un processo che si svolge indietro nel tempo.

Ai ricercatori è sufficiente disporre di un piccolo scenario composto da stati quantistici correlati per riprodurre eventi con variazioni impercettibili e vedere cosa succede. Quindi, alle scale quantistiche, si può viaggiare indietro nel tempo, aggiungere una perturbazione al sistema e ritornare al punto di partenza. Il risultato ottenuto è che il mondo quantistico sopravvive e ciò significa che in meccanica quantistica non esiste alcun effetto farfalla.

Rispetto al mondo classico, dove, attraverso il modello di una catena a effetto domino, è possibile prevedere l’evoluzione di un sistema, gli stati quantistici fanno riferimento a un insieme completamente diverso di regole e finora non ci sono state delle certezze su come l’effetto farfalla si sarebbe svolto in un mondo quantistico.

Sinitsyn e Yan, hanno quindi cercato di scoprire cosa sarebbe successo riavvolgendo indietro le interazioni che mettono in relazione (secondo l’effetto di entanglement) le onde quantistiche di probabilità – unità di sovrapposizione che chiamiamo qubits – e quindi hanno introdotto l’analogia quantistica del calpestio della farfalla del libro di Bradbury, quella che tecnicamente viene chiamata perturbazione di un sistema. A questo punto ci si chiede se il futuro sarebbe rimasto intatto.

Tecnicamente, i ricercatori hanno simulato un viaggio indietro nel tempo e hanno quindi danneggiato i qubit nel passato, riportandoli poi alla configurazione iniziale. Una volta tornati al punto di partenza, è stata effettuata una misurazione a seguito della quale l’onda del forse è stata trasformata in onda del reale, calpestando la sovrapposizione degli stati.

A conclusione delle misurazioni è stato determinato che anche se un intruso (oggetto esterno al sistema) eseguisse misurazioni che andrebbero a danneggiare lo stato fortemente correlato, è possibile recuperare facilmente le informazioni utili perché questo danno non è amplificato da un processo di decodifica.

L’esito finale della ricerca, pubblicata su Physical Review Letters, ci dice che la nostra farfalla non assume alcun significato nel mondo quantistico.

I ricercatori inoltre ipotizzano che più complesso è il viaggio del qubit nel tempo, più esso è determinato a tornare al presente con le sue informazioni intatte. Questa ricerca può avere alcune interessanti implicazioni nei futuri sistemi quantistici, forse come un modo per testare se essi stanno rispettando esattamente le regole quantistiche.

I ricercatori hanno trovato che la nozione di caos nella fisica classica e nella meccanica quantistica devono essere comprese in maniera differente.