Un nuovo studio delle Università di Padova e di Temuco (Cile), pubblicato su The European Physical Journal C, propone una connessione tra relatività generale e meccanica quantistica. L’articolo è firmato da Marco Matone, del Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galilei” di Padova, e Nikolaos Dimakis, dell’Universidad de la Frontera cilena.
Le due grandi teorie della fisica moderna si applicano a scale differenti: la relatività generale governa la dinamica dello spaziotempo su grande scala, la meccanica quantistica riguarda i fenomeni dell’infinitamente piccolo. Il lavoro presenta invece una formulazione completamente nuova, “fondata su corrispondenze matematiche tra la relatività generale e la meccanica quantistica”, sottolinea Matone.
Sin dai primi decenni del Novecento i fisici hanno cercato una teoria capace di conciliare relatività generale e meccanica quantistica. Einstein stesso, pur avendo gettato le basi della cosmologia moderna, non riuscì a formulare una teoria che conciliasse gravità e quanti. Diverse linee di ricerca (teoria delle stringhe, gravità quantistica a loop) hanno tentato di superare il divario concettuale tra le due visioni, senza risultati conclusivi.
I ricercatori aprono una possibile via di intersezione tra le due teorie che descrivono lo studio dell’universo e della sua evoluzione: l’equazione di Schroedinger, fondamentale nella meccanica quantistica, è lineare, mentre la relatività generale è descritta dalle equazioni di Einstein che sono altamente non lineari.
Quando si considera lo spaziotempo rilevante per i modelli cosmologici, le equazioni di Einstein si riducono alle equazioni di Friedmann, che descrivono l’espansione o la contrazione dell’universo. In uno studio precedente Matone aveva individuato una “linearità nascosta” insita nelle equazioni di Friedmann e quindi nella relatività generale. Questa sua osservazione fa da “ponte” tra relatività generale e meccanica quantistica, punto di partenza, per i due autori, per la messa in luce di una serie di corrispondenze strutturali tra relatività generale e meccanica quantistica.
“Il quadro che emerge dal nostro studio – aggiunge Matone – suggerisce una via naturale per collegare cosmologia e descrizione quantistica. In questa prospettiva, la meccanica quantistica non è un principio indipendente, ma è legata alla geometria dello spaziotempo. Tra le implicazioni c’è la risoluzione del problema delle condizioni estreme in cui l’universo collassa a un punto, e connessioni con altri ambiti della fisica teorica. L’obiettivo è offrire una base concettuale chiara su cui sviluppare analisi più estese e confronti con i dati”.
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