Dilatazione quantistica del tempo

Studiati effetti quantistici sull'interpretazione del tempo derivata dalla teoria della relatività di Einstein

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Secondo uno studio teorico del Dartmouth College,del Saint Anselm College e della Santa Clara University, un fenomeno caratteristico della meccanica quantistica, noto come sovrapposizione, può influire sulla determinazione del tempo negli orologi di alta precisione.

La ricerca in questione dimostra che la sovrapposizione, ovvero la capacità che ha un atomo di trovarsi contemporaneamente in più stati, porta a una correzione degli orologi atomici, nota come dilatazione quantistica del tempo. L’obiettivo della ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati su Nature Communications, è quello di individuare una nuova previsione della natura del tempo, prendendo in considerazione gli effetti quantistici, al di là della teoria della relatività di Einstein.

Tutte le volte che sono stati implementati orologi migliori, si è sempre acquisito qualcosa di nuovo sul mondo. La dilatazione quantistica del tempo è una conseguenza sia della meccanica quantistica che della relatività di Einstein, offrendo in tal modo una nuova possibilità per testare la fisica che sta alla base dell’intersezione di queste due teorie.

Nei primi anni del 1900, Albert Einstein presentò una descrizione rivoluzionaria dello spazio e del tempo, mostrando che il tempo misurato da un orologio dipende dalla velocità con cui si muove l’orologio – al crescere della velocità dell’orologio, il tempo scorre più lentamente. Ciò si discostava dalla nozione di tempo assoluto, data da Isaac Newton.

La meccanica quantistica, la teoria del moto su scala atomica, consente a un orologio di muoversi come se avesse contemporaneamente due velocità diverse: una sovrapposizione quantistica di velocità. Nella ricerca viene presa in considerazione questa possibilità e viene proposta una teoria probabilistica della determinazione del tempo, che ha portato appunto alla previsione della dilatazione quantistica del tempo.

Per sviluppare la nuova teoria, il team di ricerca ha integrato delle tecniche moderne, derivate dalla scienza dell’informatica quantistica, con una teoria sviluppata negli anni 80, che spiega in che modo il tempo potrebbe emergere da una teoria quantistica della gravità.

Per decenni i fisici hanno cercato di inserire la natura dinamica del tempo all’interno della teoria quantistica. Il lavoro svolto dai ricercatori, prevede delle correzioni alla dilatazione quantistica del tempo, che discende dal fatto che gli orologi utilizzati per misurare questo effetto, sono di natura quantistica.

Così come la datazione al carbonio si basa sul decadimento degli atomi per determinare l’età di oggetti organici, la durata di un atomo eccitato funge come un orologio. Se un atomo di questo tipo si muove con una sovrapposizione di velocità diverse, allora la sua durata crescerà o decrescerà a seconda della natura della sovrapposizione, in relazione a un atomo che si muove a una velocità definita.

La correzione della durata degli atomi è così piccola che sarebbe impossibile misurarla in termini ritenuti adeguati su scala umana. Ma la capacità di spiegare questo effetto potrebbe consentire un test della dilatazione quantistica del tempo, utilizzando gli orologi atomici più avanzati.

Quando, agli inizi del 1900, furono gettate le basi della meccanica quantistica, era difficile prevedere quelle che sarebbero state le sue applicazioni nel campo dell’imaging medico, dell’informatica e della microscopia; allo stesso modo oggi è difficile immaginare le future applicazioni pratiche della dilatazione quantistica del tempo.

Fonte: phys.org