Relatività e meccanica quantistica, l’incontro proibito che cambia l’ordine del tempo

Sovvertire l’ordine del tempo, muovendosi nel passato o nel futuro, e potendo tornare nel presente, a piacimento. La possibilità di viaggiare nel tempo ispira da sempre l’immaginazione umana, dalla letteratura al cinema (basti ricordare Ritorno al futuro del 1985 e il più recente Interstellar) dove i protagonisti riescono a farlo attraverso vari artifici. Ma a farci sognare questa volta è lo studio di un gruppo di fisici dell’Università del Queensland che, seppure non ha viaggiato nel tempo, ha ottenuto, a livello teorico, una nuova concezione del tempo.

Gli scienziati hanno rotto la struttura classica in cui gli istanti scorrono dal passato al futuro. Di fatto, non hanno viaggiato nel tempo ma hanno mostrato che mischiando la relatività generale di Einstein con la meccanica quantistica – da sempre incompatibili – si potrebbe ottenere una realtà temporale (a livello puramente teorico) del tutto diversa da quella che conosciamo, una condizione in cui non si sa cosa viene prima e cosa dopo. I risultati dello studio sono pubblicati su Nature Communications.

Ordine del tempo, partire dalla relatività

Per capire l’esperimento bisogna partire proprio dalla relatività di Einstein. Secondo il grande fisico, quanto più un corpo si trova vicino a un oggetto dalla massa molto grande, come un pianeta o un buco nero, tanto più lentamente scorrerà il tempo misurato nel punto dove si trova il corpo. Questo fenomeno è stato verificato con orologi atomici posti a diverse altitudini, che hanno dimostrato tempi differenti – anche se si tratta di nanosecondi, alterazioni impercettibili per noi esseri umani. Confermando così la dilatazione gravitazionale del tempo teorizzata da Einstein.

Mettere un pianeta in mezzo

Ma cosa c’entra questo con l’esperimento odierno? I ricercatori hanno supposto di avere due navicelle spaziali che nello stesso istante devono spararsi per distruggersi a vicenda. “Nella teoria di Einstein, un nemico potente potrebbe usare il principio della relatività generale mettendo un oggetto di grande massa, come un pianeta, vicino a una delle navicelle per rallentare il trascorrere del tempo”, sottolinea Magdalena Zych, prima autrice del paper, fisica all’Università del Queensland, in Australia. “A causa del rallentamento del tempo, la navicella più lontana dall’oggetto massivo sparerebbe prima, distruggendo l’altra”. Insomma, Einstein potrebbe venire in aiuto in situazioni in cui anche un istante è determinante.

Cambiare l’ordine del tempo con la relatività e la meccanica quantistica

Ma ora aggiungiamo un nuovo tassello. Se oltre alla relatività chiamassimo in gioco la meccanica quantistica? In altre parole, se l’oggetto massivo (il pianeta) che “rallenta il tempo” della navicella fosse, come il gatto di Schrödinger, in uno stato di sovrapposizione quantistica? Ricordiamo che il gatto di Schrödinger è un esperimento mentale in cui un gatto posto in una scatola è sia vivo sia morto (in una sovrapposizione degli stati di vita e di morte) fino a quando l’osservatore compie la misura, ovvero apre la scatola. Nello studio, i fisici hanno immaginato di rallentare la navicella con un pianeta che è contemporaneamente vicino e lontano (oppure presente e assente). Cosa succederebbe in questo caso?

“Si ribalterebbe il concetto di tempo”, risponde il fisico Fabio Costa, coautore del paper. “La sovrapposizione di oggetti massivi può risultare in un ordine degli eventi non definito, una condizione, in cui tra due eventi, non si sa quale sia avvenuto prima e quale dopo”, dice il fisico intervistato da Galileo.

Come si cambia l’ordine del tempo

“Immaginiamo due laboratori, spiega Costa, “ciascuno dei quali deve compiere una certa azione a un’ora prefissata, diciamo a mezzogiorno, e mettiamo un pianeta vicino al primo laboratorio: qui gli orologi saranno rallentati e quindi il mezzogiorno arriverà dopo. Ma se mettiamo il pianeta più vicino al secondo sarà questo ad avere il tempo rallentato, di conseguenza, un evento che accade qui a mezzogiorno è nel passato per il primo laboratorio. “Ma se mettiamo il pianeta in sovrapposizione delle due posizioni – continua Costa – ovvero sia vicino sia lontano a uno dei due laboratori avremo che l’ordine temporale tra i due eventi è genuinamente non definito. In questo caso non sarebbe possibile stabilire quale evento (quale segnale mandato dai laboratori) venga prima e quale dopo”.

Questo è di fatto quello che hanno calcolato i ricercatori, utilizzando la meccanica quantistica e la relatività per cambiare l’ordine del tempo e creare una scala del tutto nuova.

Invertire l’ordine del tempo, le considerazioni

“È bene precisare – sottolinea il ricercatore – che quello dei pianeti è solo un esempio illustrativo. In realtà per la situazione da noi considerata è più rilevante la densità della massa. Quindi sarebbe ‘sufficiente’ usare oggetti piccoli, ma di densità molto elevata, per causare il rallentamento degli orologi”. Insomma, l’esperimento potrebbe valere non solo con i pianeti nello spazio ma – sempre a livello teorico – anche sulla Terra se si avessero oggetti piccoli ma estremamente densi.

Computer quantistici: più veloci con i salti nel tempo

“L’esperimento resta comunque fuori della portata della nostra tecnologia – aggiunge Costa – e una sovrapposizione di pianeti come descritta nel paper non sarà mai possibile, dato che le tecnologie consentono una simulazione di come funziona il tempo nel mondo quantistico senza utilizzare la gravità”. Tuttavia, osserva il ricercatore, il risultato è interessante per studiare questo effetto a scale molto diverse e per lo sviluppo di nuove tecnologie. “Attualmente”, conclude Costa, “stiamo lavorando per realizzare computer quantistici che – parlando in maniera molto semplice – possano effettivamente fare salti nel tempo per migliorare le loro prestazioni e svolgere le operazioni in maniera molto più efficiente rispetto ai dispositivi che lavorano con una sequenza di tempo fissato, quella che conosciamo e che è propria del mondo normale”.

Riferimenti: Nature Communications