Nel regno quantistico tempo può scorrere sia verso futuro che verso passato contemporaneamente

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Quando si parla del concetto di flusso del tempo nel regno quantistico le cose possono cambiare rispetto all’idea che abbiamo del tempo stesso nel nostro mondo macroscopico. In un nuovo studio, pubblicato su Communications Physics, un team di ricercatori proveniente da vari istituti spiega come nei sistemi quantistici il tempo può scorrere, e lo può fare simultaneamente, lungo due frecce temporali opposte, praticamente sia avanti nel tempo che indietro. Secondo i ricercatori nel contesto quantistico le stesse leggi quantistiche hanno un ruolo importante per quanto riguarda il flusso del tempo.

Fenomeno con poca entropia può mostrare inversione temporale

Giulia Rubino, ricercatrice dei Quantum Engineering Technology Labs (QET labs) dell’Università di Bristol, spiega, nel comunicato pubblicato dalla stessa università inglese, che per un fenomeno che produce molta entropia è pressoché impossibile osservare l’inversione temporale. Quando si prendono invece in considerazione fenomeni con poca entropia, esiste una probabilità che non può essere trascurata di intercettare l’inversione temporale.

L’entropia

L’entropia è un concetto che vede qualunque processo naturale evolvere, ossia cambiare stato. I fenomeni naturali passano da uno stato con meno disordine ad uno stato con più disordine e ciò sembra accadere sempre. Proprio questo fenomeno viene usato per definire la freccia del tempo: esso scorre dal passato verso il futuro parallelamente all’aumento del disordine. Tuttavia nel regno quantistico le cose non sono più così ben definite.

L’esempio del dentifricio

“Possiamo prendere come esempio la sequenza di cose che facciamo nella nostra routine mattutina. Se ci mostrasse il nostro dentifricio che si sposta dallo spazzolino al suo tubetto, non avremmo dubbi che si tratti di una registrazione riavvolta dei nostri giorni”, spiega la ricercatrice. Se si schiaccia però il tubo dell’edificio in modo che poi ne fuoriesca solo un piccolissimo quantitativo, allora non è più improbabile osservare quella piccola quantità rientrare all’interno del tubo (a causa di un effetto di decompressione del tubo stesso il dentifricio può essere risucchiato).
Si tratta di un esempio efficace per farci comprendere che la quantità di entropia, che può essere variabile, ha un ruolo per quanto riguarda l’idea che possiamo avere della freccia del tempo a livello quantistico.

Tempo può evolversi sia verso il futuro che verso il passato

I ricercatori hanno scoperto che nel regno quantistico il tempo può evolversi sia verso il futuro che verso il passato e può farlo contemporaneamente: un sistema quantistico può evolversi simultaneamente lungo entrambe le direzioni del tempo.
Apparentemente sembra un’idea priva di senso, spiega la Rubino, ma ciò è da spiegare con il fatto che ragioniamo sempre in base alla nostra esperienza quotidiana e quest’ultima non afferisce al mondo quantistico.

Il concetto di flusso temporale

Il concetto di flusso temporale che abbiamo, e che proviene dalla nostra realtà quotidiana, potrebbe non essere così ben definito. Il flusso del tempo solo apparentemente è semplice: in realtà fisici e scienziati stanno da tempo cercando di comprenderlo e per ora hanno capito che, ai livelli più fondamentali della materia, non è più possibile distinguere così bene tra la direzione temporale del futuro e quella del passato.
Il fatto è che nel mondo quantistico i processi possono essere posizionati in una sovrapposizione quantistica. Questo vuol dire che la nozione di freccia del tempo termodinamico, quello della nostra realtà quotidiana, produce variazioni opposte nel livello di entropia. Questo a sua volta pone il problema di come sia possibile stabilire una freccia del tempo ben definita a livello quantistico nel momento in cui ci sono tali sovrapposizioni.

Eventuali utilizzi pratici dei risultati

In ogni caso i risultati di questo studio, che mostra che la freccia del tempo a livello quantistico dipende dalla produzione di entropia, potrebbero rivelarsi utili anche a livello pratico, in particolare nella termodinamica quantistica e ancora più in particolare nella costruzione di nuovi dispositivi termici, ad esempio di tipo refrigerante, fa notare il comunicato.

Note e approfondimenti

  1. Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows | Communications Physics (DOI: 10.1038/s42005-021-00759-1)

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