Nella nostra esperienza quotidiana, il tempo appare come un fiume che scorre inesorabilmente dal passato al futuro. Questa direzione del tempo è strettamente legata al secondo principio della termodinamica, che afferma che l'entropia di un sistema isolato tende sempre a aumentare. L'entropia misura il livello di disordine di un sistema: mentre mescolare latte e caffè produce una miscela omogenea ad alta entropia, tornare al loro stato originale di separazione è praticamente impossibile. Quindi, il secondo principio della termodinamica stabilisce un principio di irreversibilità, ossia ammmette per il tempo un'unica direzione (dal passato al futuro).
Nonostante tutto questo, alcune equazioni della meccanica quantistica come le equazioni del moto di Newton, e l'equazione di Schrödinger che governa il comportamento degli oggetti microscopici, descrivono l'evoluzione dei sistemi quantistici "time-reversal invariant", il che significa che funzionano allo stesso modo se il tempo scorresse avanti e o indietro. Ad esempio, una particella che si muove attraverso un campo quantistico può seguire traiettorie che, a livello matematico, sono perfettamente simmetriche rispetto al tempo.
Allora, perché percepiamo il tempo come unidirezionale? Questo enigma è noto come il problema della freccia del tempo. Sebbene le leggi quantistiche non impongano una direzione temporale, il mondo macroscopico obbedisce a regole diverse, come l'aumento dell'entropia, che rompono questa simmetria.
Un team di fisici della University of Surrey, tra cui il ricercatore italiano Andrea Rocco, ha recentemente pubblicato uno studio su Scientific Reports che affronta direttamente questo problema. Utilizzando modelli matematici avanzati, i ricercatori hanno analizzato il comportamento dei sistemi quantistici e la loro relazione con la freccia del tempo. Alcune ricerche sul tempo quantistico si sono concentrate su sistemi descritti da "catene di Markov", un modello matematico che rappresenta sequenze di eventi in cui il futuro dipende esclusivamente dallo stato presente. Hanno scoperto che in certi contesti quantistici, l'evoluzione temporale può essere bidirezionale, suggerendo che il tempo potrebbe effettivamente scorrere all'indietro a livello quantistico. Tuttavia, questa simmetria viene gradualmente spezzata quando si passa dal mondo microscopico a quello macroscopico.
Un concetto chiave per comprendere questa transizione è la "decoerenza quantistica". Nei sistemi quantistici, le particelle possono esistere in stati sovrapposti, che includono una combinazione di passato e futuro. Tuttavia,quando interagiscono con l'ambiente circostante, questa sovrapposizione svanisce e il sistema sembra evolversi in una sola direzione temporale. La decoerenza spiega perché, nel mondo macroscopico, percepiamo solo una freccia del tempo. È un processo che emerge dal comportamento collettivo di un numero enorme di particelle, rompendo la simmetria temporale osservabile a livello quantistico.
Gli scienziati, i ricercatori e gli studiosi di fisica quantistica con il loro contributo portano in rilievo ogni giorno nuove scoperte. Laprimalinea.it, quotidiano valdostano e non solo, non manca di parlarne nella propria rubrica di scienza.
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