Passato e futuro da ridefinire nel mondo microscopico

 Da lescienze.it – In un sistema quantistico, le informazioni sullo stato di un sistema in un dato istante possono influire sul risultato di una misurazione effettuata in precedenza. È quanto emerge da un esperimento su un circuito superconduttore mantenuto a una temperatura vicina allo zero assoluto. Il risultato sembra confermare che il tempo scorre in modo diverso da quanto avviene nel mondo macroscopico, con una diversa distinzione tra passato e futuro(red)

In un sistema quantistico, il futuro può modificare il passato, cambiando gli usuali concetti dello scorrere del tempo e di causalità. È l’interpretazione di un nuovo esperimento condotto da Kater Murch e colleghi della Washington University a St. Louise descritto in un articolo su “Physical Review Letters”.La meccanica quantistica è la branca della fisica che si occupa di descrivere il comportamento dei sistemi microscopici, per esempio atomi e molecole. Una delle sue particolarità è che le sue leggi sono di natura probabilistica: ciò significa che non è possibile prevedere con certezza l’esito di un singolo esperimento di misura ma solo la probabilità di ottenere un certo risultato.

Passato e futuro da ridefinire nel mondo microscopico
© C.J. Burton/Corbis 

Nella visione ortodossa, questa incertezza non è un difetto della teoria, ma un fatto di natura. Lo stato della particella non è semplicemente sconosciuto, ma intrinsecamente indefinito finché non interviene la misurazione, che forza la particella a “collassare” su un determinato stato.

Il dispositivo usato da Murch e colleghi è un semplice circuito superconduttore che inizia a comportarsi in modo quantistico quando è raffreddato fino a temperature prossime allo zero assoluto. In particolare, il dispositivo ha due livelli energetici: quello fondamentale e quello eccitato, tra i quali c’è un numero infinito di combinazioni dei due, che sono, in termini più precisi, sovrapposizioni di stati quantistici.

Nella procedura sperimentale il circuito superconduttore viene fatto interagire con pochi fotoni nello spettro delle microonde che, dopo l’interazione, trasportano informazioni sullo stato quantistico del sistema. Il punto cruciale è che questa è un tipo di misurazione “debole”, poiché non disturba il sistema, a differenza delle misurazioni “forti” ottenute con fotoni risonanti, che hanno cioè una frequenza pari, a meno di una costante, alla differenza energetica dei due stati quantistici.

Nell’esperimento, Murch e colleghi hanno preparato il sistema in una sovrapposizione di stati e hanno effettuato prima la misurazione “forte”, il cui risultato rimane tuttavia nascosto. Fatto questo, hanno seguito l’evoluzione del sistema con misurazioni deboli.

Se si cerca di calcolare il possibile risultato della misurazione forte solo sulla base delle informazioni che si hanno prima che la misurazione stessa venga effettuata, le probabilità sono 50 per cento – 50 per cento per i due stati. Se invece si fa il calcolo dei possibili risultati a ritroso con le informazioni ottenute dalle misurazioni deboli, le probabilità si restringono a 90 per cento – 10 per cento.

Si tratta di un risultato sorprendente: per analogia, è come se quello che abbiamo fatto oggi cambiasse quello che abbiamo fatto ieri. In termini più tecnici, è un’altra indicazione del fatto che nel mondo quantistico, la “freccia del tempo” non è la stessa che nel mondo macroscopico.

“Non è chiaro perché nel mondo reale, costituito da molte particelle, il tempo scorre solo in avanti e l’entropia cresce sempre”, ha commentato Murch. “Ma molti ricercatori stanno lavorando a questo problema, e mi aspetto che venga risolto nel giro di qualche anno”.

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