lunedì 28 gennaio 2013

Separati in casa! Meccanica quantistica contro Relatività generale

Un'altra inconsistenza tra le leggi della fisica valide per l'universo e quelle per il mondo microscopico riguarda l'impossibilità di conciliare la Meccanica quantistica con la Relatività generale in un'unica teoria.  
Per un breve cenno su uno dei più grandi misteri della fisica moderna, cedo la parola a due personaggi di Grikon, Adriano, studente di storia giapponese e Noriko, ricercatrice di fisica:
File:Spacetime curvature.png
Schema della distorsione dello spazio tempo
secondo la Relatività generale. Da qui

Noriko sembrò colpita dalla sfida che l'amico gli aveva lanciato: “All’inizio del XX secolo la meccanica quantistica ha rivoluzionato la fisica, stravolgendola alle basi. Ha fatto crollare le certezze del meccanicismo ottocentesco, in cui ogni particella era immaginata come una pallina di cui si poteva conoscere ogni sua caratteristica. Dal determinismo della meccanica classica si è dovuti passare al comportamento casuale ed alle incertezze dettate dalle leggi delle probabilità. Ad esempio, l’elettrone non ruota intorno al nucleo atomico come un pianeta intorno al sole, ma se ne sta lì intorno circondando lo come una nuvola indistinta. Il passaggio dalla meccanica classica a quella quantistica fu imposto da una serie esperimenti che davano risultati altrimenti incomprensibili. Con il passare del tempo ci si abituò a questa descrizione della realtà per quanto assurda potesse sembrare. Anche i più scettici dovettero arrendersi all’evidenza che gli esperimenti mostravano un mondo microscopico saldamente attaccato alle leggi della meccanica quantistica”.
'Nuvole' di distribuzione della probabilità di un
elettrone dell'atomo di idrogeno. Da qui 
“Va bene… e quindi?”, le chiese Adriano, volendo mostrare di aver capito ma senza essere troppo sconvolto dall’idea che il caso governasse il mondo microscopico. Tuttavia rimase una serie di stranezze”, riprese Noriko, “la più grande di queste è che siamo al momento incapaci di formulare una teoria che possa tener conto allo stesso tempo della Meccanica Quantistica e della Relatività Generale”.
“Ma è quella cosa che aveva detto Hikaru?”, chiese Adriano.
“Sì”, rispose brusca lei. Chiuse gli occhi, come per calmarsi, poi riprese la sua lezione: “Secondo la Relatività Generale la massa di ogni corpo distorce lo spazio tempo come una palla su un lenzuolo teso. Però secondo la meccanica quantistica il lenzuolo è fatto da una miriade di particelle che nascono e muoiono e che fluttua continuamente, per cui non puoi scrivere una teoria che ti descrive le minime spiegazzature del lenzuolo”.
“E quindi…”, disse Adriano.
“E quindi niente. La tecnologia e la scienza umana vanno avanti da anni ignorando questa gigantesca inconsistenza, che però rimane. Uno dei modi proposti per risolvere questo mistero è ipotizzare che le particelle non siano dei punti microscopici ma dei piccoli segmenti, dei pezzi di spago come dice White. In quel caso gli infiniti e le divergenze non ci sono più.”
“Tutto qui?”
“Beh, no, non è così semplice, la teoria è ancora estremamente primitiva, poco più di una elegante idea rivestita di tanta matematica.  Non sono in grado di prevedere nessun risultato sperimentale. Io non sono per niente convinta che sia giusta”.

In Grikon viene descritta una soluzione plausibile scientificamente ma non provata. Purtroppo nel mondo reale questi due capisaldi della fisica sono ancora 'separati in casa', costretti a condividere l'universo senza avere - almeno per quanto riguarda la nostra comprensione - nulla in comune. 

Questo post in due parti partecipa al carnevale della fisica 39, dal tema "Paradossi nella fisica".

Parte (1) Razzismo astrofisico: L'asimmetria materia-antimateria nell'universo. (chissà se e quale relazione c'è tra gli argomenti dei due post...)