Relatività speciale e la curiosa fisica della cronologia

La relatività ristretta ha cambiato il modo in cui pensiamo al tempo e all'ordine degli eventi. Einstein dimostrò notoriamente che due eventi possono sembrare simultanei a un osservatore ma non a un altro. È infatti possibile far apparire in qualsiasi ordine due eventi spazialmente separati scegliendo di visualizzarli da differenti quadri di riferimento.

Ma che dire di tre o più eventi? Tutti i possibili ordini temporali si verificano in un frame o in un altro? In caso negativo, quali sono le restrizioni? chiedi ad Alfred Shapere dell'Università del Kentucky a Lexington ea Frank Wilczek del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. Oggi ci danno la risposta.

Il loro ragionamento si rivela semplice. Dati tre eventi, A, B e C, sono possibili sei possibili ordinamenti. Questi eventi si verificano in un universo con tre dimensioni di spazio e una di tempo. In questo mondo a quattro dimensioni, è sempre possibile collegare questi eventi tramite un triangolo che giace su un piano bidimensionale.

Shapere e Wilczek mostrano che se il piano di questo triangolo è interamente spaziale – in altre parole, se è perpendicolare alla dimensione del tempo – allora esiste un sistema di riferimento in cui gli eventi sono simultanei e piccole trasformazioni possono produrre tutti e sei gli ordinamenti .

Ma se l'aereo è in qualche modo simile al tempo, allora certi ordini diventano impossibili.

Continuano a generalizzare questo risultato per qualsiasi numero di eventi in qualsiasi numero di dimensioni sia per lo spaziotempo piatto che curvo.

E con un ultimo svolazzo, mostrano come fare lo stesso trucco a ritroso: elaborano le proprietà di uno spaziotempo data la natura delle cronologie che consente.

Ciò potrebbe avere implicazioni interessanti. La cronologia degli eventi gioca un ruolo importante nella meccanica quantistica. Ad esempio, immagina tre eventi spazialmente separati A, B e C. Un osservatore potrebbe descrivere questi eventi usando una funzione d'onda in cui A precede B. In tal caso, una misurazione in A fa crollare la funzione d'onda accessibile a B.

Tuttavia, un altro osservatore può descrivere gli eventi utilizzando una funzione d'onda in cui B precede A. In questo caso, una misurazione in B fa crollare la funzione d'onda accessibile ad A.

Non supponiamo che la cronologia degli eventi sia vincolata in modo che A non possa mai precedere sia B che C.

Allora abbiamo la situazione peculiare che una misurazione in A può causare il collasso sia in B che in C, in frame diversi, ma mai entrambi, diciamo Shapere e Wilczek.

Non è un paradosso, ma è stranamente artificiale. Chiaramente c'è qualche carenza nella logica che i fisici usano per pensare alla meccanica quantistica in questo modo.

Shapere e Wilczek affermano di aver sviluppato questo nuovo approccio alla cronologia specificamente per chiarire la logica della meccanica quantistica. Abbiamo in programma di elaborare ulteriormente le implicazioni delle condizioni cronologiche per la logica della teoria quantistica in lavori futuri, affermano.

L'uso della cronologia della relatività speciale come banco di prova per la logica della meccanica quantistica può portare a risultati interessanti. La cosa più eccitante sarebbe una sorta di conflitto tra le due teorie che fanno previsioni diverse. Ciò consentirebbe un test sperimentale.

Naturalmente, esiste già una sorta di conflitto tra relatività ristretta e meccanica quantistica sotto forma di entanglement, lo strano fenomeno quantistico in cui due corpi condividono la stessa funzione d'onda anche se sono spazialmente separati.

La natura fondamentale dell'entanglement è uno dei grandi misteri della scienza. Forse il nuovo approccio cronologico di Shapere e Wilczek aiuterà.

Rif: arxiv.org/abs/1208.3841 : Vincoli sulle cronologie

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