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Alcuni degli indizi che sembravano puntare verso la gravità quantistica potrebbero essere semplici illusioni prospettiche, non prove di qualcosa di nuovo. È la conclusione di uno studio teorico firmato da ricercatori della Kyushu University, della University of Waterloo e della Stockholm University, pubblicato su npj Quantum Information. Il punto centrale è tanto elegante quanto scomodo per chi progetta esperimenti: molte situazioni che vengono descritte come una “sovrapposizione quantistica della gravità” possono essere raccontate anche in un altro modo, con particelle quantistiche che si muovono dentro uno spaziotempo del tutto ordinario. Stesso risultato, spiegazione molto più banale.
Il contesto è quello di una frattura vecchia di decenni. Da un lato la meccanica quantistica, che descrive con precisione impressionante il comportamento della materia alle scale minuscole di atomi e molecole. Dall’altro la teoria della gravità di Einstein, che spiega come si muovono stelle e buchi neri e come si espande l’Universo. Due impianti teorici di enorme successo che però non si incastrano. Da qui la caccia a una teoria di gravità quantistica capace di tenerli insieme in un’unica descrizione coerente della natura.
Perché immaginare uno spaziotempo in sovrapposizione è così difficile
L’aspettativa condivisa è che anche la gravità, in fondo, segua le regole quantistiche. Il problema arriva quando si prova a visualizzare la cosa. La meccanica quantistica permette a un oggetto di essere delocalizzato in più posizioni contemporaneamente, un effetto dimostrato più volte con atomi e persino con piccoli pezzi di metallo. La teoria di Einstein, invece, tratta la gravità come una proprietà dello spazio e del tempo stessi, capaci di curvarsi, appiattirsi e ospitare onde che li attraversano, come hanno confermato i rivelatori di onde gravitazionali.
Mettendo insieme le due idee, molti fisici hanno assunto che anche lo spaziotempo attorno a un oggetto quantistico potesse trovarsi in più “stati” nello stesso momento. Ma come si tradurrebbe tutto questo in un laboratorio? La risposta, almeno in parte, arriva dal quadro teorico sviluppato dal gruppo di ricerca, battezzato Relatività delle sovrapposizioni spaziotemporali.
L’immagine usata dagli autori per spiegarlo è quella di due mappe che rappresentano lo stesso paesaggio con proiezioni diverse. Sembrano differenti, ma descrivono il medesimo territorio. Allo stesso modo, alcuni scenari che paiono coinvolgere la gravità quantistica possono essere riscritti con gravità e spaziotempo classici, a condizione di rappresentare il moto di ogni particella con lo stato quantistico appropriato. “Molti ricercatori hanno proposto esperimenti che potrebbero potenzialmente rivelare la natura quantistica della gravità”, spiega Joshua Foo, professore associato all’Institute for Advanced Study della Kyushu University e primo autore dello studio. “Quello che abbiamo trovato è che alcuni di questi scenari possono essere visti da due prospettive ugualmente valide. Un’interpretazione descrive la gravità come se fosse in una sovrapposizione quantistica, l’altra descrive particelle quantistiche che si muovono in un campo gravitazionale ordinario.”
Un’ambiguità che cambia il modo di progettare gli esperimenti
Attenzione a non leggere il risultato al contrario. Il lavoro non dimostra che la gravità è classica e non esclude la gravità quantistica. Fa qualcosa di diverso: porta a galla un’ambiguità interpretativa che rischia di sabotare gli esperimenti pensati per sondare le proprietà quantistiche della gravità. Un’osservazione che sembra rivelare qualcosa di rivoluzionario, in certi casi, potrebbe spiegarsi senza chiamare in causa nulla di quantistico nella gravità stessa.
“Il nostro lavoro non ci dice che tali esperimenti escludono la gravità quantistica”, precisa Magdalena Zych della Stockholm University, coautrice dello studio. “Piuttosto, ci aiuta a identificare quali firme sperimentali richiederebbero davvero una descrizione quantistica della gravità e quali potrebbero invece emergere da una fisica più familiare. Questa distinzione è cruciale per progettare gli esperimenti futuri.” Il valore pratico, allora, sta in una specie di mappa aggiornata per chi lavora sul campo. Sapere quali osservazioni distinguono realmente una descrizione classica da una quantistica restringe il perimetro della ricerca e riduce il rischio di rincorrere falsi positivi. Vale la pena ricordare che la fisica delle leggi fondamentali ha già prodotto ricadute concrete: navigazione GPS, laser ed elettronica moderna nascono da progressi radicati nella fisica quantistica teorica e nella teoria della gravità di Einstein.
“Capire come gravità e meccanica quantistica si incastrano è una delle sfide più grandi della fisica”, conclude Foo. “Prima di poter testare la natura quantistica della gravità, dobbiamo sapere quale prova dimostrerebbe che l’abbiamo trovata. Il nostro lavoro aiuta a chiarire quella domanda.”
