Il tempo funziona in modo diverso nel regno quantistico?

Se una tazza d’acqua si riversa sul pavimento, l’acqua non può immergersi, cioè è inconcepibile che ogni molecola d’acqua invertirebbe esattamente la sua rotta per scivolare di nuovo nella tazza. Farlo sarebbe tornare indietro nel tempo, qualcosa che, per quanto ne sappiamo, non può essere fatto. L’acqua si riversa o no, ma se lo fa, rimarrà così.

In questo modo, il tempo mentre sperimentiamo è asimmetrico. Abbiamo ricordi del passato piuttosto che del futuro, e l’acqua versata non scorre nella sua tazza, proprio come una freccia che è stata lasciata volare non torna a prua. Nella nostra vita quotidiana, la “freccia del tempo” va solo in una direzione: in avanti.

“Sappiamo (questo) è qualcosa che fa parte della nostra esperienza comune”, afferma Andrea Rocco, fisico teorico presso l’Università del Surrey in Inghilterra. Ma come si presenta esattamente la freccia del tempo è meno chiaro per i fisici, in parte perché la matematica che usano per descrivere la maggior parte del mondo non fa distinzione tra il tempo che si sposta in avanti e il tempo che si muove all’indietro; Entrambe le direzioni sono perfettamente praticabili, per quanto riguarda le loro equazioni.

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Per quanto riguarda, il concetto di “tempo” diventa un po ‘illusorio in assenza di cambiamento. Ad esempio, se la nostra tazza d’acqua fosse tenuta in stasi in una scatola magica, perfettamente isolata e fisicamente impermeabile che galleggiava nello spazio profondo, questo “sistema” sembrerebbe lo stesso se fosse stato esaminato tra cinque anni fa o tra cinque millenni. Quindi da che parte è la freccia del tempo che vola all’interno della scatola di stasi magica? Per tali sistemi isolati, il tempo è quindi considerato simmetrico; Solo quando è “aperto” per influenzare l’ambiente esterno è rotta questa simmetria, sia attraverso l’acqua che evapora o la tazza che si ribalta per versare il suo contenuto.

Eppure i sistemi aperti e isolati sono intrinsecamente collegati. Anche se la nostra tazza d’acqua fosse isolata dal mondo esterno, le sue molecole sarebbero comunque suscitate casualmente da effetti microscopici, cambiamenti che potenzialmente rompono la simmetria di Time, come il ticchettio dell’orologio cosmico. Allora perché esiste questa discrepanza e cosa implica la validità dei modelli che i fisici usano per studiare il ruolo del tempo nella realtà che sperimentiamo?

Diversi ricercatori hanno affrontato queste domande in diversi modi, ma Rocco e i suoi colleghi hanno rivisitato parte della matematica dietro l’incoerenza per vedere se un approccio alternativo potrebbe risolvere l’apparente asimmetria. Le loro conclusioni, recentemente pubblicate in Rapporti scientificidettaglia l’esistenza di non una ma due frecce di tempo opposte all’interno di sistemi quantistici aperti.

Questo è un po ‘come se la nostra tazza d’acqua fosse precariamente bilanciata su un bordo del coltello: potrebbe rovesciare per riversare su entrambi i lati, ogni lato è una freccia di tempo opposta. Ma la tazza che cade in un modo rispetto all’altra non rende la fuoriuscita di acqua in modo diverso. In entrambi i casi, matematicamente parlando, il risultato finale è esattamente lo stesso: conserva la simmetria per entrambe le possibili istanze. “In un certo senso, siamo bloccati in questo universo in cui il tempo va effettivamente in una direzione”, spiega Rocco. “Ma le equazioni del movimento che stiamo prendendo in considerazione volevo hanno permesso all’universo di andare nella direzione opposta. “

In questo modo, l’esistenza di entrambi i casi è un riflesso della simmetria del tempo, in contrasto con la comprensione convenzionale che l’ambiente sta imponendo o “definire una freccia di tempo”, afferma Rocco. In altre parole, il lavoro dei ricercatori suggerisce che le frecce di due volte, anziché una, sono una caratteristica spontanea di un sistema quantico aperto.

Il nuovo lavoro aggiunge alcune domande interessanti su ciò che i fisici ritengono rilevanti nei loro studi sul tempo. Michele Campisi, fisico teorico presso il Nanoscience Institute del National Research Council italiano, che non era coinvolto nello studio, elogia il documento per la sua presa audace, ma osserva che implica anche una strana e soggettiva malleabilità alle origini della freccia del tempo. “Hows” e “Whys” del modo in cui le mosche del tempo sono “un riflesso di un’approssimazione”, dice, dipendente, dipendente dall’interpretazione preferita da un fisico della stessa meccanica quantistica, di cui ce ne sono diversi. La visione di un sistema quantistico è impostata in una certa misura dalle proprie aspettative, dice. Ad esempio, una visione più “globale” degli eventi potrebbe anche vedere un presunto sistema aperto come solo un’altra parte di uno molto più grande e isolato in cui le complicazioni con l’asimmetria del tempo non si verificherebbero affatto.

Tuttavia, questo documento dimostra come la nostra ricerca per capire il regno quantistico sia ancora tutt’altro che completa, afferma James Cresser, professore di fisica ormai in pensione. “Questo (aiuta) a scuotere un’idea comunemente ritenuta che alcune equazioni che descrivono il comportamento dissipativo non sono invarianti in inversione del tempo e sono quindi un indicatore teorico di un particolare stato fisico di cose”, afferma Cresser. (Cresser è stato ringraziato per “illuminare discussioni” nello studio e aveva insegnato il suo autore principale Thomas Guff come laurea, ma non ha contribuito direttamente al lavoro.)

Ad esempio, il modo in cui l’acqua agisce quando si riversa è simile a un tipo di comportamento dissipativo nella meccanica quantistica e nella termodinamica chiamata decoerenza, in cui un sistema si diffonde progressivamente, o “decoher” e “perde” le informazioni. In questo esempio, le informazioni sono la composizione particolare delle molecole d’acqua precedentemente all’interno della tazza. I processi dissipativi sono considerati asimmetrici per quanto riguarda il tempo perché la configurazione iniziale finisce irrilevante per lo stato finale delle cose, spiega Nicole Yunger Halpern, fisico presso il National Institute of Standards and Technology, che non faceva parte del nuovo studio.

Ma anche questo tipo di interpretazione dipende necessariamente dalle nostre aspettative su come un sistema deve evolversi mentre l’energia scorre attraverso di esso. Ad esempio, se dovessimo vedere due film, uno in cui l’acqua si riversa e un altro in cui l’acqua ritorna preternaturalmente in Coppa, saremmo propensi a dire che il secondo film è illusorio e impossibile e che è semplicemente il primo giocato all’indietro. Pertanto, una freccia asimmetrica del tempo è, in un certo senso, un “fenomeno emergente”, afferma Yunger Halpern. “Tutti possiamo riconoscerlo nelle nostre esperienze quotidiane.”

Detto questo, forse il concetto di tempo – arrotola o no – non è altro che “impalcatura” per il cervello umano da afferrare mentre proviamo a “etichettare tutti gli eventi che si svolgono nel mondo che ci circonda”, dice Cresser. “Ma gli eventi stessi non fanno affidamento sulle impalcature. E quello che stiamo facendo con queste equazioni è l’applicazione di un tipo di impalcatura temporale rispetto a un altro possibile impalcature temporali. “

In tal caso, le nostre domande sul tempo potrebbero non avere mai risposte: farle, beh, senza tempo. “Siamo inevitabilmente sepolti nel tempo, questa è una parte profonda della nostra esistenza che non possiamo mai, mai fuggire”, afferma Cresser.

Nota del redattore (27/02/25): questo articolo è stato modificato dopo aver pubblicato per chiarire meglio i rispettivi commenti del tempo di Andrea Rocco e Nicole Yunger Halpern.