L'evoluzione delle probabilità e i fenomeni "impossibili" della meccanica quantistica possono avere le loro origini nella teoria della relatività ristretta, come suggerito dai fisici delle università di Varsavia e Oxford. Credito:FUW
Fin dai suoi inizi, la meccanica quantistica non ha smesso di stupirci per la sua particolarità, così difficile da capire. Perché una particella sembra passare contemporaneamente attraverso due fenditure? Come mai, invece di previsioni specifiche, si può parlare solo di evoluzione delle probabilità? Secondo i teorici delle università di Varsavia e Oxford, le caratteristiche più importanti del mondo quantistico possono derivare dalla teoria della relatività speciale, che fino ad ora sembrava avere poco a che fare con la meccanica quantistica.
Dall'arrivo della meccanica quantistica e della teoria della relatività, i fisici hanno perso il sonno per l'incompatibilità di questi tre concetti (tre, poiché esistono due teorie della relatività:speciale e generale). È stato comunemente accettato che è la descrizione della meccanica quantistica la più fondamentale e che la teoria della relatività dovrà essere adattata ad essa. Dr. Andrzej Dragan della Facoltà di Fisica, L'Università di Varsavia (FUW) e il Prof. Artur Ekert dell'Università di Oxford (UO) hanno appena presentato il loro ragionamento portando a una conclusione diversa. Nell'articolo "Il principio quantistico della relatività, " pubblicato in Nuovo Giornale di Fisica , dimostrano che le caratteristiche della meccanica quantistica che determinano la sua unicità e il suo esotismo non intuitivo - accettate, Cosa c'è di più, sulla fede (come assiomi) - può essere spiegato nel quadro della teoria della relatività ristretta. Si deve solo decidere su un certo passo piuttosto non ortodosso.
Albert Einstein ha basato la teoria della relatività ristretta su due postulati. Il primo è noto come principio di relatività galileiano (che, notare che, è un caso particolare del principio copernicano). Questo afferma che la fisica è la stessa in ogni sistema inerziale (cioè, uno che è fermo o in un movimento rettilineo costante). Il secondo postulato, formulato sul risultato del famoso esperimento di Michelson-Morley, imponeva il requisito di una velocità costante della luce in ogni sistema di riferimento.
"Einstein considerava cruciale il secondo postulato. In realtà, ciò che è cruciale è il principio di relatività. Già nel 1910 Vladimir Ignatowski dimostrò che basandosi solo su questo principio è possibile ricostruire tutti i fenomeni relativistici della teoria della relatività ristretta. Un ragionamento sorprendentemente semplice, conducendo direttamente dal principio di relatività al relativismo, è stato presentato anche nel 1992 dal professor Andrzej Szymacha della nostra facoltà, " dice il dottor Dragan.
La teoria della relatività speciale è una struttura coerente che consente tre tipi di soluzioni matematicamente corrette:un mondo di particelle che si muovono a velocità subluminali, un mondo di particelle che si muovono alla velocità della luce e un mondo di particelle che si muovono a velocità superluminali. Questa terza opzione è sempre stata respinta in quanto nulla a che fare con la realtà.
“Ci siamo posti la domanda:cosa succede se – per il momento senza entrare nella fisicità o non fisicità delle soluzioni – prendiamo sul serio non parte della teoria della relatività ristretta, ma tutto questo, insieme al sistema superluminale? Ci aspettavamo paradossi causa-effetto. Nel frattempo, abbiamo visto esattamente quegli effetti che formano il nucleo più profondo della meccanica quantistica, " dicono il Dr. Dragan e il Prof. Ekert.
Inizialmente, entrambi i teorici hanno considerato un caso semplificato:spazio-tempo con tutte e tre le famiglie di soluzioni, ma costituito da una sola dimensione spaziale e una temporale (1+1). Una particella in quiete in un sistema di soluzioni sembra muoversi in modo superluminale nell'altro, il che significa che la superluminosità stessa è relativa.
In un continuum spazio-temporale così costruito, eventi non deterministici si verificano naturalmente. Se in un sistema nel punto A c'è generazione di una particella superluminale, anche del tutto prevedibile, emesso verso il punto B, dove semplicemente non ci sono informazioni sui motivi dell'emissione, quindi dal punto di vista dell'osservatore nel secondo sistema gli eventi vanno dal punto B al punto A, quindi partono da un evento del tutto imprevedibile. Risulta che effetti analoghi si manifestano anche nel caso di emissioni di particelle subluminali.
Entrambi i teorici hanno anche dimostrato che, dopo aver preso in considerazione le soluzioni superluminali, il moto di una particella su più traiettorie appare contemporaneamente in modo naturale, e una descrizione del corso degli eventi richiede l'introduzione di una somma di ampiezze combinate di probabilità che indicano l'esistenza di sovrapposizione di stati, un fenomeno finora associato solo alla meccanica quantistica.
Nel caso dello spazio-tempo con tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale (3+1), questo è, corrispondente alla nostra realtà fisica, la situazione è più complicata. Il principio di relatività nella sua forma originale non è preservato:i sistemi subluminale e superluminale sono distinguibili. Però, i ricercatori hanno notato che quando il principio di relatività viene modificato nella forma:"La capacità di descrivere un evento in modo locale e deterministico non dovrebbe dipendere dalla scelta di un sistema di riferimento inerziale, " limita le soluzioni a quelle in cui restano valide tutte le conclusioni tratte dalla considerazione in (1+1) spazio-tempo.
"Abbiamo notato, per inciso, la possibilità di un'interessante interpretazione del ruolo delle singole dimensioni. Nel sistema che all'osservatore sembra superluminale alcune dimensioni spazio-temporali sembrano cambiare i loro ruoli fisici. Solo una dimensione della luce superluminale ha un carattere spaziale, quella lungo la quale si muove la particella. Le altre tre dimensioni sembrano essere dimensioni temporali, " dice il dottor Dragan.
Una caratteristica delle dimensioni spaziali è che una particella può muoversi in qualsiasi direzione o rimanere ferma, mentre in una dimensione temporale si propaga sempre in una direzione (quello che chiamiamo invecchiamento nel linguaggio quotidiano). Così, tre dimensioni temporali del sistema superluminale con una dimensione spaziale (1+3) significherebbero quindi che le particelle inevitabilmente invecchiano tre volte simultaneamente. Il processo di invecchiamento di una particella in un sistema superluminale (1+3), osservato da un sistema subluminale (3+1), sembrerebbe che la particella si muova come un'onda sferica, che porta al famoso principio di Huygens (ogni punto su un fronte d'onda può essere trattato come una sorgente di una nuova onda sferica) e al dualismo corpuscolare-onda.
"Tutta la stranezza che appare quando si considerano soluzioni relative a un sistema che sembra superluminale non risulta essere estranea a quanto afferma da tempo la teoria quantistica comunemente accettata e verificata sperimentalmente. Al contrario, tenendo conto di un sistema superluminale, è possibile, almeno teoricamente, derivare alcuni dei postulati della meccanica quantistica dalla teoria della relatività ristretta, che di solito erano accettati come non risultanti da altri, ragioni più fondamentali, " Conclude il dottor Dragan.
Per quasi cento anni la meccanica quantistica ha atteso una teoria più profonda per spiegare la natura dei suoi misteriosi fenomeni. Se il ragionamento presentato dai fisici di FUW e UO resiste alla prova del tempo, la storia si burlerebbe crudelmente di tutti i fisici. La teoria "sconosciuta" ricercata per decenni, spiegando l'unicità della meccanica quantistica, sarebbe qualcosa di già noto fin dal primo lavoro sulla teoria dei quanti.
