Scienza
altre stranezze sono in arrivo. Nella for-
ma attuale dell’ipotesi di Brukner né Ali-
ce né Bob hanno la possibilità di scegliere
cosa fare. Ma se potessero farlo, anche
l’ordine causale delle loro scelte sarebbe
interdipendente, dice Brukner. “Se Alice
cambiasse qualcosa, questo influirebbe
su Bob”, dice.
Anche se si tratta solo di un esperimen-
to mentale, aggiungere questo elemento
di scelta complica le cose perché richiede
che una delle due parti o entrambe ese-
guano una misurazione, e le misurazioni
fanno crollare la sovrapposizio-
ne. Ma la coautrice di Brukner,
Magdalena Zych dell’università
del Queensland, spera in futuro
di trovare un modo per estende-
re l’esperimento all’ordine cau-
sale. Dopotutto, dice, se l’ordine tempora-
le può essere soggetto alla correlazione
(entanglement), lo stesso potrebbe valere
per quello causale.
Se questo esperimento mentale po-
tesse essere replicato in laboratorio, si-
gnificherebbe che l’ipotesi di Brukner di
un ordine causale in sovrapposizione è
compatibile con la relatività generale.
Partendo dal presupposto che sia possibi-
le mettere in sovrapposizione quantistica
una massa sufficientemente grande,
Brukner e la sua équipe hanno dimostra-
to che l’instabilità causale si estende a
partire dai punti che l’oggetto potrebbe
occupare nello spazio e nel tempo. “In un
certo senso, l’ordine temporale tra alcuni
eventi in una regione dello spazio-tempo
si può intrecciare con l’ordine temporale
degli eventi in un’altra regione”, dice Zy-
ch. Questo significa che tutto quello che
fanno Bob e Alice, e tutto quello che suc-
cede sulle loro navi, accade sia prima sia
dopo tutto quello che fa l’altro. Signifi-
cherebbe che viviamo in un mondo in cui
non solo non possiamo sapere in che or-
dine sono accaduti gli eventi, ma in cui
fondamentalmente non c’è nessun ordi-
ne prestabilito.
“È stupefacente”, dice Gilligan-Lee. E
non è l’unico a pensare che sia una grande
notizia. “È sconcertante anche per chi ha
familiarità con gli aspetti più bizzarri della
teoria quantistica”, dice Ana Belén Sainz
dell’università di Danzica, in Polonia.
Non è la prima volta che i fisici giocano
con la causalità. Alcune teorie precedenti
hanno suggerito che la causalità può esse-
re invertita, o che la freccia del tempo va-
da nella direzione opposta. Ma la causalità
quantistica va un passo più in là rispetto al
rovesciamento dell’ordine degli eventi,
perché consente a più ordini di esistere
contemporaneamente. “Possiamo imma-
ginare che A influenzi B e B influenzi A,
ma c’è anche qualcos’altro che non può
essere compreso solo con questi due ter-
mini”, dice Brukner. La coesistenza di or-
dini causali è una nuova proprietà che ar-
ricchisce la struttura causale della teoria
dei quanti”, dice.
Se questa nuova proprietà fosse con-
fermata, potremmo usarla a nostro van-
taggio. In teoria i computer quantistici
possono fare calcoli più complicati di
quelli classici, e farli più rapida-
mente. Mentre i computer nor-
mali immagazzinano memoria
sotto forma di bit binari – 0 e 1 –
che possono esistere solo negli
stati classici, i bit quantistici (qu-
bit) possono esistere in sovrapposizione, e
quindi essere manipolati in modo più
complesso. Brukner e i suoi colleghi han-
no dimostrato che mettendo in sovrappo-
sizione circuiti con ordini causali diversi,
alcuni calcoli possono essere svolti in mo-
do più efficiente. Si spera anche che que-
ste sovrapposizioni possano rendere più
chiari i canali di comunicazione riducen-
do la sensibilità al rumore.Spostare i confini
Ma i veri vantaggi potrebbero derivare da
una nuova rappresentazione dell’univer-
so. Per decenni la meccanica quantistica e
la relatività generale sono sembrate in-
compatibili: una descrive l’enormemente
piccolo e l’altra il molto grande. E non esi-
ste ancora una spiegazione quantistica
soddisfacente del funzionamento della
gravità, che rimane nella sfera di compe-
tenza della relatività generale. Combinare
le due teorie in un’unica teoria della gravi-
tà quantistica è quindi una delle sfide più
importanti della fisica teorica.
Anche se l’elementare combinazione
di meccanica quantistica e relatività gene-
rale usata nell’esperimento mentale di
Zych e Brukner non è in sé una teoria dellagravità quantistica, la struttura matemati-
ca che hanno ideato potrebbe costituire
un utile banco di prova per scoprire le ca-
ratteristiche di questa teoria. “Se riuscis-
simo a capirle bene, potrebbero indicarci
come costruire una vera teoria della gravi-
tà quantistica”, dice Gilligan-Lee.
In effetti, l’ipotesi che la struttura cau-
sale degli eventi possa esistere in sovrap-
posizione è qualcosa che i fisici che studia-
no la gravità quantistica già usano nor-
malmente nelle loro ricerche, dice Fran-
cesca Vidotto della Western university
dell’Ontario, in Canada: “È il nocciolo di
una teoria della gravità quantistica”.
Quei fisici prevedono che il rapporto di
causalità possa venir meno in condizioni
estreme in cui la fisica come la intendia-
mo oggi non funziona, come nei primi
momenti del big bang o all’interno dei bu-
chi neri, che si ritiene abbiano una densità
infinita. Le ultime ricerche sulla causalità
quantistica fanno pensare che potremmo
riprodurre questi effetti gravitazionali
quantistici in esperimenti condotti sulla
Terra, che sarebbero molto più facili da
seguire. “Con lo sviluppo di nuove tecni-
che, possiamo pensare di studiare la gravi-
tà quantistica non solo attraverso l’astrofi-
sica, ma anche nei nostri laboratori”, dice
Vidotto. Anche se secondo lei non vedre-
mo presto una versione da tavolo dell’e-
sperimento mentale del pianeta quantisti-
co, non è escluso che i fisici siano in grado
di fare qualcosa che ci si avvicina. “Penso
che a un certo punto si potrà fare in labora-
torio”, dice.
Ancora più entusiasmante per qualcu-
no è il fatto che il lavoro sulla causalità
quantistica sta spostando i confini della
stessa meccanica quantistica. Per teorici
come Gilligan-Lee, la teoria dei quanti
non ha necessariamente l’ultima parola
sulla fisica del molto piccolo. Ma per anda-
re oltre e arrivare a una nuova scuola di
pensiero, dovremmo trovare il modo di
rendere meno rigorosi i requisiti della cau-
salità. Le ricerche di Brukner rappresenta-
no esattamente un allentamento di quel
rigore. “Potrebbe essere un modo per an-
dare oltre la teoria quantistica e creare
una teoria più profonda della natura”, dice
Gilligan-Lee. “È il tipo di ricerca sui fon-
damenti della fisica che al momento trovo
più entusiasmante”.
Rinunciare alla nostra idea intuitiva
della causalità può sembrare un passo
estremo, ma potrebbe portarci ad avere
un quadro più chiaro di come funziona ve-
ramente l’universo. È una cosa su cui ri-
flettere a colazione. u btI fisici prevedono che
il rapporto di causalitàpossa venir meno in
condizioni estreme,come durante il big
bang o all’interno deibuchi neri