Un team di fisici delle Università di Bristol, Vienna, isole Baleari e dell'Istituto per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica (IQOQI-Vienna) ha dimostrato come i sistemi quantistici possano evolversi simultaneamente lungo due frecce temporali opposte, sia in avanti che indietro nel tempo. Lo studio, pubblicato sull'ultimo numero di Communications Physics, richiede un ripensamento di come il flusso del tempo è compreso e rappresentato in contesti in cui le leggi quantistiche giocano un ruolo cruciale.
Per secoli, filosofi e fisici hanno riflettuto sull'esistenza del tempo. Eppure, nel mondo classico, la nostra esperienza sembrava non lasciare alcun dubbio che il tempo esistesse e andasse avanti. In effetti, in natura, i processi tendono ad evolversi spontaneamente da stati con meno disordine a stati con più disordine, e questa propensione può essere utilizzata per identificare una freccia del tempo. In fisica, questo è descritto in termini di "entropia", che è la caratteristica fisica che definisce la quantità di disordine in un sistema.
"Se un fenomeno produce una grande quantità di entropia, osservare la sua inversione temporale è così improbabile da diventare essenzialmente impossibile. Tuttavia, quando l'entropia prodotta è abbastanza piccola, c'è una probabilità non trascurabile di vedere l'inversione temporale di un fenomeno verificarsi naturalmente", ha spiegato Giulia Rubino dei Quantum Engineering Technology Labs (laboratori QET) dell'Università di Bristol e autrice principale dello studio.
"Possiamo prendere come esempio la sequenza di cose che facciamo nella nostra routine mattutina. Se ci venisse mostrato il nostro dentifricio che si muove dallo spazzolino nel suo tubo, non avremmo dubbi che si tratti di una registrazione riavvolta dei nostri giorni. Tuttavia, se spremessimo delicatamente il tubo in modo che solo una piccola parte del dentifricio uscisse, non sarebbe così improbabile osservarlo rientrare nel tubo, risucchiato dalla decompressione del tubo. "
Gli autori dello studio, sotto la guida del professor Caslav Brukner dell'Università di Vienna e dell'IQOQI-Vienna, hanno applicato questa idea al regno quantistico, una delle cui peculiarità è il principio della sovrapposizione quantistica, secondo cui se due stati di un sistema quantistico sono entrambi possibili, allora quel sistema può anche essere in entrambi gli stati allo stesso tempo.
"Estendendo questo principio alle frecce del tempo, ne risulta che i sistemi quantistici che si evolvono in una o nell'altra direzione temporale (il dentifricio che esce o ritorna nel tubo), possono anche trovarsi ad evolversi simultaneamente lungo entrambe le direzioni temporali".
"Sebbene questa idea sembri piuttosto insensata se applicata alla nostra esperienza quotidiana, al suo livello più fondamentale, le leggi dell'universo si basano su principi quanto-meccanici. Questo pone la domanda sul perché non incontriamo mai queste sovrapposizioni di flussi temporali in natura ", ha affermato il dottor Rubino.
A parte la caratteristica fondamentale che il tempo stesso potrebbe non essere ben definito, il lavoro ha anche implicazioni pratiche nella termodinamica quantistica. Collocare un sistema quantistico in una sovrapposizione di frecce temporali alternative potrebbe offrire vantaggi nelle prestazioni di macchine termiche e frigoriferi.