1. Gravità e meccanica quantistica:
* Relatività: La teoria della relatività generale di Einstein descrive la gravità come una curvatura dello spaziotempo causato da massa ed energia. È una teoria regolare e continua che funziona eccezionalmente bene su grandi scale (pianeti, stelle, galassie).
* Meccanica quantistica: La meccanica quantistica, d'altra parte, descrive il comportamento delle particelle alle scale più piccole. È intrinsecamente probabilistico e si occupa di concetti come dualità a onda-particella, sovrapposizione e entanglement.
Il problema sorge perché non abbiamo un modo coerente per descrivere la gravità a livello quantico. Abbiamo bisogno di una teoria della gravità quantistica in grado di conciliare questi due quadri apparentemente incompatibili.
2. Il ruolo dell'osservatore:
* Relatività: Nelle teorie di Einstein, le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori in movimento uniforme. Questo principio di relatività suggerisce una realtà obiettiva, indipendente dall'osservatore.
* Meccanica quantistica: Nella meccanica quantistica, l'atto di osservazione svolge un ruolo cruciale. La funzione d'onda, che descrive lo stato di un sistema quantico, collassa al momento della misurazione, apparentemente influenzata dall'osservatore. Ciò suggerisce una realtà soggettiva e dipendente dall'osservatore.
La questione se la realtà sia obiettiva o soggettiva è un dibattito filosofico fondamentale derivante da questo scontro tra relatività e meccanica quantistica.
3. Buchi neri e singolarità:
* Relatività: La relatività generale prevede l'esistenza di buchi neri, regioni di spaziotempo in cui la gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, può scappare. Al centro di un buco nero, secondo la relatività generale, si trova una singolarità - un punto di densità e curvatura infinite.
* Meccanica quantistica: La meccanica quantistica non gestisce bene le singolarità. La singolarità al centro di un buco nero crea una situazione in cui le leggi della meccanica quantistica si rompono.
Questa incoerenza indica la necessità di una comprensione più profonda di come la gravità si comporta alle condizioni estreme presenti all'interno dei buchi neri.
4. Il "problema di misurazione":
* Relatività: La relatività non ha problemi con il concetto di misurazione.
* Meccanica quantistica: Il "problema di misurazione" è uno dei misteri più profondi nella meccanica quantistica. Non è chiaro esattamente come la funzione d'onda crolla durante la misurazione e come ciò si riferisca al mondo classico che sperimentiamo.
Questo problema evidenzia la differenza fondamentale nel modo in cui la relatività e la meccanica quantistica trattano le informazioni e il ruolo dell'osservazione.
La ricerca di una teoria unificata:
I fisici stanno lavorando instancabilmente per sviluppare una teoria unificata in grado di conciliare la relatività e la meccanica quantistica. Alcuni candidati promettenti includono:
* teoria delle stringhe: Questa teoria propone che i mattoni fondamentali dell'universo non siano particelle a punto ma piuttosto piccole stringhe vibranti.
* Gravità quantistica a loop: Questa teoria suggerisce che lo Spacetime stesso è quantizzato, il che significa che è costituito da unità discrete.
Trovare una teoria unificata di successo sarebbe uno dei maggiori risultati scientifici di tutti i tempi, in quanto fornirebbe una comprensione completa dell'universo su tutte le scale, dalle particelle più piccole alle più grandi galassie.
