Essere contemporaneamente in due posti diversi. È uno dei grandi rompicapi della meccanica quantistica, che agli inizi del secolo scorso ha sconvolto le regole della fisica teorizzando un microcosmo che non obbedisce ai principi della meccanica classica. I “mattoni” che comprendono l’universo microscopico – elettroni, protoni, quark e via dicendo – sarebbero infatti dotati di proprietà indeterminate. Ragion per cui diventa plausibile che una particella possa occupare nello stesso momento due o più stadi diversi.
Questa caratteristica, chiamata anche superposizione quantistica, viene ora portata all’estremo da un team di fisici dello Stevens Institute of Technology, dell’Università di Vienna e dell’Università del Queensland. Secondo gli scienziati, le particelle non sono le sole realtà che possono trovarsi in uno stato di superposizione. In un articolo pubblicato su Nature Communications, il gruppo di ricerca afferma che anche la dimensione temporale può, in linea di principio, essere plasmata nella superposizione della fisica quantistica. Eliminando così la relazione causa-effetto come la conosciamo.
«Una sequenza di eventi – dice Igor Pikovski dello Stevens Institute of Technology – può diventare quantistica. E in un ordine temporale quantistico, non c’è più distinzione tra l’evento A che causa l’evento B e viceversa».
Quest’apparente contraddizione sembra una rilettura in chiave temporale del paradosso quantistico per eccellenza, quello elaborato nel 1935 dal fisico e matematico austriaco Erwin Schrödinger. Si tratta della formulazione più famosa di un fenomeno noto generalmente col nome di entanglement, che esprime la dispersione delle proprietà in fisica quantistica. Due elettroni sono considerati in uno stato entangled (letteralmente, “intrecciato”), quando i loro stati sono “mescolati” fino al punto che le due particelle perdono la loro individualità: diventano indiscernibili. È il risvolto della medaglia del caso di un elettrone che si trova nello stesso momento in due stati diversi: qui due elettroni occupano lo stesso stato, e quindi non sono più distinguibili l’uno dall’altro.
Per spiegare l’entanglement, Schrödinger elabora un esperimento mentale che diventa presto noto col nome di “gatto di Schrödinger”. In pratica il fisico immagina che un gatto sia rinchiuso per un’ora in una scatola contenente un sistema atomico instabile, collegato a un meccanismo in grado di liberare un potente veleno. Se in quell’intervallo di tempo il sistema rimane isolato e nessun atomo subisce un processo di decadimento che liberi il veleno, allora il gatto sarà ancora vivo. Se invece almeno un atomo subisce questo processo, allora allo scadere del tempo il gatto sarà morto. Ma c’è un problema: solo l’osservazione potrà dirci quale delle due possibilità si è realizzata: nel frattempo, lo stato del sistema risulterà indeterminato. Infatti la funzione d’onda del sistema completo risente della sovrapposizione cui è soggetto il sistema atomico microscopico, che però si “trasferisce” anche a livello macroscopico. In altri termini: poiché non è possibile sapere in anticipo l’esatto istante in cui avverrà il decadimento spontaneo del sistema atomico, allora esiste soltanto la probabilità che entro un certo tempo ciò si verifichi; ma fino a quel momento l’intero sistema si troverà in una sovrapposizione di stati. Questo significa che lo stato del gatto risulta entangled con quello del sistema atomico. Il che ci porta a una sovrapposizione piuttosto sconvolgente, quella delle proprietà vivo e morto.
Ovviamente, nella realtà siamo piuttosto abituati a pensare che se un gatto è vivo non può essere contemporaneamente anche morto. Quello che Schrödinger vuole dire però è che c’è la possibilità teorica di trasferire a un oggetto macroscopico l’indeterminatezza che caratterizza gli oggetti microscopici. Questo porta a una sorta di “contagio”, come dice lo stesso Schrödinger, che porta il mondo classico a essere influenzato dalla nebulosità del mondo quantistico.
Ed è qui che si inserisce anche l’ipotetico “contagio” tra la superposizione quantistica delle particelle e quella della relazione causa-effetto. Nel nuovo studio su Nature Communications, gli scienziati immaginano due navicelle spaziali pronte a scontrarsi l’una contro l’altra. Entrambe le navicelle devono far fuoco in un momento preciso, e schivare il fuoco avversario in un momento altrettanto preciso. Se una delle due navicelle colpisce in anticipo, distruggerà l’altra: questo stabilisce una sequenza temporale ben definita tra gli eventi.
Se però un oggetto abbastanza massiccio, ad esempio un pianeta, viene posizionato di fianco a una delle navicelle, la sua presenza può rallentare il flusso temporale, invertendo l’ordine degli eventi e trasformando la navicella sconfitta in quella vincitrice. Ma se lo stesso pianeta si trova in superposizione quantistica rispetto a una qualunque delle navicelle, allora entrambe possono allo stesso tempo venire distrutte oppure salvarsi. Un po’ come il gatto di Schrödinger, vivo e morto allo stesso tempo.
Chiaramente queste guerre stellari in un universo quantistico sono esperimenti puramente mentali: «Spostare pianeti è piuttosto difficile – commenta Pikovski – ma immaginare questo scenario ci ha aiutato a esaminare un possibile aspetto quantistico del tempo prima sconosciuto».