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Il principio di indeterminazione in meccanica quantistica

12.11.2014

La meccanica quantistica è alla base della fisica moderna del microcosmo e, nonostante tutta la sua natura paradossale, funziona perfettamente in tutte le sue sezioni conosciute. Da essa si può inoltre dedurre anche la fisica classica (come limite della meccanica quantistica, tendente a zero la costante di Planck h, che determina i fenomeni quantistici). Quindi possiamo parlare dell'universalità delle leggi della meccanica quantistica. Ma, nonostante l'enorme successo, ha un notevole svantaggio. Uno dei capisaldi della meccanica quantistica, il principio di indeterminazione di Heisenberg (ad esempio, l'incertezza nella determinazione della posizione e della quantità di moto), non ha alcuna giustificazione. Naturalmente, il successo pratico è una giustificazione sufficiente per accettare questa regola misteriosa, ma ciò non impedisce ai fisici di cercarne una spiegazione.

I ricercatori dell'Università della California meridionale, il famoso teorico delle stringhe Professor Yitzhak Bars e il suo studente russo laureato Dmitry Rychkov (laureato all'Università statale di Mosca nel 2005), hanno tentato di spiegare l'origine del principio di indeterminazione di Heisenberg derivandolo dalla teoria dei campi di stringhe. Questo risultato è pubblicato in Physics Letters.

Come sapete, la teoria delle stringhe è stata proposta negli anni '1970 per risolvere i problemi della gravità quantistica e del Modello Standard. Il successo della fisica quantistica nel descrivere le tre interazioni fondamentali non gravitazionali porta i fisici all'idea che l'interazione gravitazionale possa essere descritta allo stesso modo. Ma, nonostante la ricerca attiva nel corso di molti decenni, la teoria quantistica della gravità non è stata ancora creata.

La teoria delle stringhe presuppone che l'unità di base della materia sia una stringa microscopica (dell'ordine della lunghezza di Planck di 10-35 m), e non un punto, e che le possibili interazioni della materia siano fusioni o scissioni di queste stringhe. Per quattro decenni, i fisici hanno lavorato in questa direzione. La teoria ha attraversato due rialzi: rivoluzioni e periodi di declino. La difficoltà sta nel fatto che non ci sono dati sperimentali sulla teoria delle stringhe. Gli esperimenti su così piccola scala sono attualmente al di là delle possibilità tecniche della scienza. Per questo motivo, un certo numero di fisici considera persino la teoria delle stringhe solo "trucchi matematici". Il lavoro degli scienziati è supportato dalla speranza di creare una "teoria del tutto", oltre a rispondere a domande inaccessibili al Modello Standard, ad esempio perché quark e leptoni hanno una carica elettrica, un colore e un sapore che li distinguono l'uno dall'altro, come determinare la costante di struttura fine dalla teoria 1/ 137 e un certo numero di altre costanti, ecc.

Ma fino ad ora, i ricercatori hanno ipotizzato che la teoria delle stringhe sia stata creata in conformità con la meccanica quantistica e hanno lavorato solo per utilizzare la meccanica quantistica per provare a testare la teoria dei campi delle stringhe.

Gli autori di questo articolo hanno deciso di fare il contrario. Dopo aver ipotizzato che la teoria dei campi di stringhe fosse corretta, l'hanno usata per cercare di confermare la stessa meccanica quantistica.

In un articolo che riformula la teoria dei campi delle stringhe in un linguaggio più chiaro, Itzhak Bars e Dmitry Rychkov hanno dimostrato che un insieme di principi fondamentali della meccanica quantistica noti come "regole di commutazione" (principi di incertezza) possono essere derivati dalla geometria della fusione e della scissione delle stringhe. Pertanto, invece di accettare le regole di commutazione quantistica come postulato, gli autori le derivano dal processo fisico delle interazioni di stringhe.

Questo risultato può servire come argomento a favore della "fisicità" della teoria delle stringhe. Dopotutto, se con il suo aiuto è possibile spiegare l'origine delle leggi della meccanica quantistica, allora, secondo Yitzhak Bars, questo non solo "potrebbe svelare il mistero dell'origine della meccanica quantistica", ma anche aprire la porta per il riconoscimento della teoria dei campi delle stringhe, o non ancora ampliata la sua variante, chiamata M-teoria, è alla base di tutta la fisica.

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