Rivoluzione quantica: Il Futuro della gravità è vicino?

In un nuovo report dedicato alle moderne scoperte nel campo della fisica quantistica , i ricercatori hanno descritto esperimenti all'avanguardia che potrebbero finalmente conciliare la meccanica quantistica con la gravitazione , una delle sfide più ardue e significative della scienza contemporanea. La fisica quantistica, che descrive il comportamento delle particelle elementari, ha trovato applicazioni di successo per oltre un secolo, dagli elementi della tavola periodica ai processi stellari. Tuttavia, l'elaborazione di una teoria quantistica della gravità rimane priva di conferme sperimentali.

Il problema principale risiede non solo nelle discrepanze nei dati, ma anche nella difficoltà di identificare le prove necessarie e i metodi di misurazione appropriati. Katherine Zurek , teorica del California Institute of Technology , ha sottolineato l'importanza della ricerca di unificazione tra meccanica quantistica e gravità. Negli ultimi dieci anni si è assistito a notevoli progressi, con scienziati sempre più vicini a sviluppare esperimenti in grado di sondare la natura quantistica della gravità mediante tecnologie laser avanzate e manipolazioni complesse della materia esotica.

Il miglioramento delle capacità sperimentali e della comprensione teorica è stato evidenziato da Markus Aspelmeyer , fisico sperimentale dell' Università di Vienna , nel contesto della natura duale della gravità proposta dalla teoria della relatività generale di Einstein , che descrive la gravità come una curvatura dello spaziotempo causata dalla massa, contrapposta alla meccanica quantistica che vede le particelle come "nuvole di probabilità" anziché oggetti di traiettorie definite.

Secondo alcune ipotesi, lo spaziotempo potrebbe essere composto da quanti discreti, sebbene la loro esistenza rimanga non dimostrata. Dai tardi anni '60, ci sono stati vari tentativi di esprimere la gravità in termini quantistici, ma l'adattamento della teoria della relatività generale è stato molto più complesso rispetto all'elettromagnetismo. La teoria delle stringhe , che immagina le particelle come stringhe vibranti in dimensioni aggiuntive, non ha ancora ottenuto validazione sperimentale.

Alcuni fisici ritengono essenziale accertare la natura quantistica della gravità prima di costruire teorie complesse. Come afferma Richard Howl dell' Università di Londra , non esistono prove sperimentali della quanticità della gravità. Un approccio prevede il test degli oggetti in sovrapposizione quantistica che influenzano lo spaziotempo in modi distinti. Un altro metodo coinvolge l'entanglement quantistico, dove due oggetti che interagiscono solo tramite gravità potrebbero risultare intrecciati, confermando così la natura quantistica della gravità.

Aspelmeyer ha ideato un esperimento per testare questa idea, ma la sua realizzazione richiede una gestione più avanzata degli effetti quantistici su oggetti di grandi dimensioni. Tuttavia, i progressi stanno emergendo: esperimenti su piccole sfere di vetro, sostenute da laser, hanno già mostrato comportamenti quantistici. Katherine Zurek ha ipotizzato che la gravità quantistica provochi oscillazioni casuali dello spaziotempo. Al California Institute of Technology , stanno sviluppando l'esperimento GQuEST , che con un interferometro laser potrebbe registrare queste oscillazioni. I primi risultati potrebbero arrivare già entro l'anno prossimo.

Un'alternativa teorizzata da Jonathan Oppenheim del University College London propone che la gravità resti classica ma soggetta a fluttuazioni casuali, che giustificherebbero ad esempio la perdita di informazioni nei buchi neri. Anche se non ci sono stati successi con i dati del LISA Pathfinder , Oppenheim suggerisce che questo insuccesso possa dipendere dalla strumentazione non sufficientemente precisa. Nel frattempo, gli scienziati stanno esplorando anche altre idee, come l'indagine sulle ipotetiche stringhe cosmiche che si estendono attraverso l'universo. Sebbene la maggior parte di questi esperimenti sia realizzabile solo nel prossimo decennio, gli scienziati si dimostrano ottimisti.