Mondi interagenti

RICERCA – Siete davanti allo schermo del vostro computer e state leggendo un articolo su OggiScienza; questo non esclude, tuttavia, che in un altro universo altrettanto reale, l’intera umanità si sia estinta a causa di una guerra nucleare. Fantascienza? No. La coesistenza di numerosi mondi è uno scenario previsto da una teoria fisica – la teoria degli universi paralleli – secondo la quale il nostro sarebbe soltanto uno tra molti mondi che coesistono e si evolvono indipendentemente l’uno dall’altro. È una delle interpretazioni proposte della meccanica quantistica, e non è neanche una novità. La novità sta nell’ipotesi appena avanzata da alcuni ricercatori guidati da Howard Wiseman del Centro di Dinamica Quantistica della Griffith University di Brisbane, in Australia, secondo la quale questi universi non sarebbero indipendenti, ma interagirebbero tra loro, influenzandosi attraverso una sottile forza di repulsione. In base ai risultati degli studiosi, pubblicati su Physical Review X, i “paradossi” descritti dalla teoria dei quanti sarebbero riconducibili proprio a questa interazione.

Facciamo un passo indietro, al 1957. In quell’anno il fisico Hugh Everett III (che di lì a poco sarebbe diventato padre del leader degli Eels, rock band statunitense; ma questa è un’altra storia) propone la teoria degli universi paralleli proprio come possibile spiegazione “logica” dei vari fenomeni a dir poco bizzarri previsti dalla meccanica quantistica, il pilastro della fisica moderna e alla base di moltissime tecnologie, su cui si basa la nostra conoscenza dell’”infinitamente piccolo”. Per fare un esempio, semplificando all’estremo, in meccanica quantistica lo stato di una particella (la sua posizione, o la sua energia, per dire) si definisce attraverso una funzione d’onda, che di solito è una sovrapposizione di stati diversi: la particella si trova contemporaneamente in diversi stati, ognuno associato a una certa probabilità, fino al momento in cui non se ne effettua una misura. A quel punto la funzione d’onda “collassa” in un solo stato, che è quello che noi misuriamo (come spiegato efficacemente dal celebre esperimento mentale del gatto di Schrodinger, ideato dall’omonimo fisico).

Ebbene, secondo l’interpretazione a molti mondi di Everett III, la particella quantistica non occupa contemporaneamente diversi stati: questi stati coesistono, sì, ma in universi diversi. Ogni volta che si effettua una misura quantistica, l’universo si dirama in un gruppo di nuovi universi. Nel nostro, la particella occupa lo stato risultante dalla nostra misura. Ecco in proposito le parole di Wiseman, tra gli autori del nuovo studio: “In questo modo tutte le possibilità si realizzano: in alcuni universi quell’asteroide che, nel nostro, causò la scomparsa dei dinosauri, ha invece mancato la Terra”.

I detrattori di questa teoria hanno messo in discussione l’esistenza di altri universi perché, visto che non interagirebbero con il nostro, non è possibile verificarne l’esistenza. “Il nostro approccio, in questo senso, è completamente diverso”, dice Wiseman. Secondo l’approccio dei “molti mondi interagenti”, si ipotizza infatti che questi universi teorizzati da Everett III si influenzino invece a vicenda.

Ma ecco i punti cardine su cui si basa la nuova teoria. Il nostro universo sarebbe soltanto uno tra i tanti, alcuni dei quali quasi identici al nostro, altri molto diversi. Tutti questi mondi sarebbero reali allo stesso modo e caratterizzati da proprietà ben definite; ognuno, preso a sé, si potrebbe considerare “classico”, cioè governato dalle leggi della meccanica newtoniana. Tutti i fenomeni quantistici deriverebbero da una forza di repulsione universale tra mondi “vicini”, cioè simili, che tenderebbe a far sì che essi si diversifichino. L’interazione tra questi mondi darebbe luogo ad alcuni dei fenomeni tipici del mondo quantistico.

Servendosi di calcoli matematici e simulazioni al computer, i ricercatori hanno mostrato come l’interazione tra questi mondi possa produrre, per esempio, l’effetto tunnel, fenomeno quantistico che si verifica quando una particella supera una barriera di potenziale che, secondo le leggi della meccanica classica, non potrebbe superare; o l’interferenza osservata nello storico esperimento di Young della doppia fenditura, che per la prima volta dimostrò che la luce si comporta allo stesso tempo come un’onda e come un insieme di particelle.

Certo c’è ancora da lavorare per includere anche ulteriori fenomeni quantistici che i ricercatori non sono riusciti a spiegare attraverso l’interazione tra i mondi. La prospettiva più sorprendente, però, è che questa teoria possa essere sottoposta a verifica sperimentale, anche se i ricercatori non hanno ancora progettato esperimenti in questo senso.

L’eleganza della teoria sta anche nei suoi “limiti”, intesi in senso matematico, che di solito si utilizzano per capire meglio cosa predice una teoria fisica facendo tendere alcune variabili chiave a valori estremi. In questo caso, in cui la variabile in questione è il numero di universi, se l’universo è uno solo (a questo punto il nostro), la nuova teoria si riduce alla meccanica newtoniana, mentre se il numero di universi tende a infinito, la teoria riproduce la meccanica quantistica, prevedendo l’esistenza di funzioni d’onda. In questo modo si include sia la fisica classica che la fisica quantistica. “In mezzo”, a detta di Michael Hall, tra gli autori dello studio, “c’è qualcosa di nuovo, che non è né la teoria di Newton né la teoria quantistica”.

Per quanto astratto possa sembrare, secondo i ricercatori della Griffith University tutto questo potrebbe avere ricadute concrete, aprendo la possibilità di nuove applicazioni pratiche della meccanica quantistica. Per esempio nell’ambito della dinamica molecolare, fondamentale nelle reazioni chimiche.

E se a questo punto avete la sensazione che vi sia sfuggito qualcosa, non preoccupatevi, non siete soli. Lo stesso geniale, ironico fisico Richard Feynman avvertiva: “La meccanica quantistica – posso affermarlo con certezza – non la comprende nessuno”.

Pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   
Crediti immagine: Lee Davy, Flickr