Fonte: LeScienze.it
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In un articolo postato su ArXiV, il premio Nobel per la fisica Frank Wilczek propone un nuovo approccio teorico per comprendere il comportamento di una particella quantistica nel campo gravitazionale estremamente intenso di un buco nero. Il modello, sorprendetemente, utilizza un formalismo matematico da corso universitario.
Spesso gli ostacoli difficili da scavalcare possono essere aggirati, anche nella scienza. Pare un po' questo l'approccio adottato dal premio nobel per la fisica Frank Wilczek, del Massachusetts Institute of Technology (MIT), che ha proposto, con un articolo postato su ArXiV, una via per riconciliare meccanica quantistica e teoria della relatività utilizzando strumenti matematici da corso universitario.
Uno dei grandi propositi rimasti incompiuti in fisica è unire meccanica quantistica e teoria della relatività generale di Einstein in un unico quadro coerente. La prima include le leggi che dominano nel mondo subatomico e riguardano molecole, atomi e particelle subatomiche che interagiscono tra loro con la forza elettro-debole e quella forte. La seconda descrive invece come si comportano le masse estremamente grandi sotto l'effetto della gravitazione, quindi a scale dimensionali molto maggiori rispetto a quelle della meccanica quantistica. Quindi i due contesti rimangono separati, nella maggior parte dei casi, ma non in tutti. In vicinanza dei buchi neri, previsti dalla relatività generale, la forza gravitazionale raggiunge valori estremi, tali da rendere estremamente densa la materia.
Come è possibile fornire unna descrizione dei fenomeni microscopici in questa situazione? Una prima via è la gravità quantistica, formalmente molto complessa, e secondo Wilczek non necessaria per capire il comportamento di una particella quantistica nel campo gravitazionale di un buco nero.
Per aggirare le difficoltà, si è pensato di affrontare il problema dal punto di vista topologico, considerando cioè le caratteristiche generali della geometria dello spazio-tempo, che viene, come noto, deformato dall'enorme massa del buco nero. Il cambiamento di geometria che si verifica in vicinanza delle grandi masse è modellizzato in un sistema monodimensionale, in cui una singola particella quantistica si trova a muoversi lungo un cavo, che a un certo punto si biforca. Alla funzione d'onda quantistica della particella vengono poi imposte le condizioni al contorno ai due estremi del cavo.
Questo nuovo modello – ha sottolineato Wilczek, commentando l'articolo su «Nature» - ha in sostanza due grandi pregi: usare una matematica da corsi universitari e riprodurre in modo naturale il passaggio a una topologia diversa. Dove possa portare questo nuovo apparato teorico, ammette lo stesso Wilczek, è presto per dirlo.
Uno dei grandi propositi rimasti incompiuti in fisica è unire meccanica quantistica e teoria della relatività generale di Einstein in un unico quadro coerente. La prima include le leggi che dominano nel mondo subatomico e riguardano molecole, atomi e particelle subatomiche che interagiscono tra loro con la forza elettro-debole e quella forte. La seconda descrive invece come si comportano le masse estremamente grandi sotto l'effetto della gravitazione, quindi a scale dimensionali molto maggiori rispetto a quelle della meccanica quantistica. Quindi i due contesti rimangono separati, nella maggior parte dei casi, ma non in tutti. In vicinanza dei buchi neri, previsti dalla relatività generale, la forza gravitazionale raggiunge valori estremi, tali da rendere estremamente densa la materia.
Come è possibile fornire unna descrizione dei fenomeni microscopici in questa situazione? Una prima via è la gravità quantistica, formalmente molto complessa, e secondo Wilczek non necessaria per capire il comportamento di una particella quantistica nel campo gravitazionale di un buco nero.
Per aggirare le difficoltà, si è pensato di affrontare il problema dal punto di vista topologico, considerando cioè le caratteristiche generali della geometria dello spazio-tempo, che viene, come noto, deformato dall'enorme massa del buco nero. Il cambiamento di geometria che si verifica in vicinanza delle grandi masse è modellizzato in un sistema monodimensionale, in cui una singola particella quantistica si trova a muoversi lungo un cavo, che a un certo punto si biforca. Alla funzione d'onda quantistica della particella vengono poi imposte le condizioni al contorno ai due estremi del cavo.
Questo nuovo modello – ha sottolineato Wilczek, commentando l'articolo su «Nature» - ha in sostanza due grandi pregi: usare una matematica da corsi universitari e riprodurre in modo naturale il passaggio a una topologia diversa. Dove possa portare questo nuovo apparato teorico, ammette lo stesso Wilczek, è presto per dirlo.
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