Probabilmente hai sentito parlare del gatto di Schrödinger, lo sfortunato felino in una scatola che è contemporaneamente viva e morta fino a quando la scatola non viene aperta per rivelare il suo stato reale. Bene, ora avvolgi la tua mente intorno al tempo di Schrödinger, una situazione in cui un evento può essere contemporaneamente la causa e l'effetto di un altro evento.
Un tale scenario può essere inevitabile in qualsiasi teoria della gravità quantistica, un'area della fisica ancora oscura che cerca di combinare la teoria della relatività generale di Albert Einstein con i meccanismi della meccanica quantistica. In un nuovo articolo, gli scienziati creano un miscuglio dei due immaginando astronavi vicino a un enorme pianeta la cui massa rallenta il tempo. Concludono che le astronavi potrebbero trovarsi in uno stato in cui la causalità è invertita: un evento potrebbe finire per causare un altro evento accaduto prima di esso.
"Si può escogitare questo tipo di scenario in cui ordine temporale, causa ed effetto sono in sovrapposizione di essere invertiti o non invertiti", ha detto il coautore dello studio Igor Pikovski, fisico presso il Center for Quantum Science and Engineering presso Stevens Institute of Technology in New Jersey. "Questo è qualcosa che ci aspettiamo dovrebbe aver luogo una volta che avremo una teoria completa della gravità quantistica."
Tempo quantistico
Il famoso esperimento sul gatto di Schrödinger chiede a uno spettatore di immaginare una scatola con un gatto e una particella radioattiva che, una volta decaduta, ucciderà lo sfortunato felino. Secondo il principio della sovrapposizione quantistica, la sopravvivenza o la morte del gatto è ugualmente probabile fino a quando non viene misurata, quindi finché il box non viene aperto, il gatto è contemporaneamente vivo e morto. Nella meccanica quantistica, la sovrapposizione significa che una particella può esistere in più stati contemporaneamente, proprio come il gatto di Schrödinger.
Il nuovo esperimento mentale, pubblicato il 21 agosto sulla rivista Nature Communications, combina il principio della sovrapposizione quantistica con la teoria della relatività generale di Einstein. La relatività generale afferma che la massa di un oggetto gigante può rallentare il tempo. Questo è ben noto come vero e misurabile, ha detto Pikovski; un astronauta in orbita attorno alla Terra sperimenterà il tempo solo un fumo più velocemente della sua gemella sul pianeta. (Questo è anche il motivo per cui cadere in un buco nero sarebbe un'esperienza molto graduale.)
Pertanto, se un veicolo spaziale futuristico fosse vicino a un pianeta enorme, il suo equipaggio vivrebbe il tempo un po 'più lento di quanto le persone in un altro veicolo spaziale stazionino più lontano. Ora, aggiungi un po 'di meccanica quantistica e puoi immaginare una situazione in cui quel pianeta è sovrapposto simultaneamente vicino e lontano dai due veicoli spaziali.
Il tempo diventa strano
In questo scenario sovrapposto di due navi che vivono il tempo su diverse linee temporali, la causa e l'effetto potrebbero diventare traballanti. Ad esempio, supponiamo che alle navi venga chiesto di condurre una missione di addestramento in cui si sparano a vicenda e schivano il fuoco a vicenda, sapendo benissimo il momento in cui i missili si lanceranno e intercetteranno le loro posizioni. Se non c'è un pianeta enorme nelle vicinanze che pasticcia con il flusso del tempo, questo è un esercizio semplice. D'altra parte, se fosse presente quell'enorme pianeta e il capitano della nave non avesse tenuto conto del rallentamento del tempo, l'equipaggio potrebbe schivare troppo tardi ed essere distrutto.
Con il pianeta in sovrapposizione, contemporaneamente vicino e lontano, sarebbe impossibile sapere se le navi si schiverebbero troppo tardi e si distruggerebbero l'un l'altro o se si sposterebbero e sopravviverebbero. Inoltre, causa ed effetto potrebbero essere invertiti, ha affermato Pikovski. Immagina due eventi, A e B, che sono causalmente correlati.
"A e B possono influenzarsi a vicenda, ma in un caso A è prima di B, mentre nell'altro caso B è prima di A" in uno stato di sovrapposizione, ha detto Pikovski. Ciò significa che sia A che B sono contemporaneamente causa ed effetto reciproco. Fortunatamente per gli equipaggi probabilmente confusi di questi veicoli spaziali immaginari, Pikovski disse che avrebbero avuto un modo matematico di analizzare le reciproche trasmissioni per confermare che erano in uno stato sovrapposto.
Ovviamente, nella vita reale, i pianeti non si muovono nella galassia volenti o nolenti. Ma l'esperimento mentale potrebbe avere implicazioni pratiche per l'informatica quantistica, anche senza elaborare un'intera teoria della gravità quantistica, ha detto Pikovski. Usando le sovrapposizioni nei calcoli, un sistema di calcolo quantistico potrebbe valutare simultaneamente un processo come causa e come effetto.
"I computer quantistici potrebbero essere in grado di utilizzarlo per un calcolo più efficiente", ha affermato.
