La bizzarra legge della fisica è l’elio superfluido che si comporta come un buco nero

Di tutte le leggi della fisica, questa è sicuramente una delle più strane: gli scienziati hanno scoperto che le forze che controllano il comportamento dell’orizzonte degli eventi di un buco nero sono anche in azione nell’elio superfluido, un liquido speciale che scorre senza attrito. La ricerca che ha dimostrato la scoperta è stata pubblicata su “Nature Physics”.

Ora questa legge della zona entanglement è stata osservata sia nella vasta gamma dei buchi neri e sull’ elio superfluido e potrebbe essere la chiave per stabilire, infine, la teoria quantistica a lungo cercata sulla gravità – la soluzione a uno dei problemi più profondi della fisica teorica. Per il fisico Adrian Del Maestro, University of Vermont, uno dei membri del team responsabili dello studio, è “strano” che una legge della zona entanglement può essere applicata ai buchi neri e all’elio. “Ciò indica una comprensione più profonda della realtà.”

I buchi neri sono strani …

I buchi neri sono abbastanza strani di per sé, ma la sua relazione con entropia – disordine dell’universo – è qualcosa che è di particolare interesse per il celebre fisico Stephen Hawking. L’entropia è descritta come la progressione di un sistema di disturbo dell’ordine. Ad esempio, un uovo intatto ha bassa entropia, ma un uovo sbattuto ha alta entropia. E come non si può “desbater” un uovo, un sistema può progredire solo da bassa entropia al alta – nel nostro Universo, almeno. Grazie alla entropia, la freccia del tempo si sposta solo in avanti e, dal momento del Big Bang, l’universo e tutto ciò che si muove gradualmente al caos intensificato.

Nel 1970, Hawking e il fisico teorico Jacob Bekenstein hanno scoperto che quando la materia è  sufficientemente a vagare troppo vicina all’orizzonte degli eventi di un buco nero  cadendo in esso, l’informazione è poi aggiunto al buco nero in forma di entropia – la stessa velocità che aumenta la superficie del buco nero che cresce.

Questo è molto strano, perché l’aumento del volume del buco nero non sembra essere un fattore. “Se si raddoppia la dimensione di una scatola, in attesa di essere in grado di raddoppiare la quantità di informazioni in quella scatola”, spiega il fisico Christopher Herdman, l’Università di Waterloo, in Canada, principale ricercatore del progetto, in un’intervista a Science News.

Per visualizzare meglio il problema, basti pensare a uno schedario. Non avrebbe alcun senso utilizzare solo le loro misure di superficie per scoprire quanti file si potrebbero mettere in un armadio senza tener conto del loro volume. Ma è quello che Hawking e Bekenstein hanno scoperto nei buchi neri nello spazio e ora sembra che questa legge controintuitiva vale anche per particolari tipi di atomi nei nostri laboratori.

… e anche l’elio superfluido

“Abbiamo scoperto che lo stesso tipo di diritto è obbedito in informazione quantistica nell’elio superfluido”, ha detto Del Maestro in un comunicato stampa.

Per scoprirlo, il team ha sviluppato una simulazione accurata del superfluido di elio-4 (elio superfluido che è stato raffreddato a soli 2 gradi sopra lo zero assoluto). Lo zero assoluto (0 Kelvin, -273.15 -459,67 ° C o ° F) è il limite assoluto del freddo nell’universo.

A questo punto, l’elio cessa di essere un gas e diventa un liquido con viscosità nulla, che gli consente di scorrere senza alcuna perdita di energia cinetica. Questo significa che se si mette l’elio superfluido in una tazza e si dà una ruotata nel contenitore, l’elio letteralmente gira per sempre. Questo stato della materia è così strano che ha la capacità di fluire verso l’alto contro la gravità e di superare i bordi una piastra. Il video qui sotto, in inglese, è stato estratto dal documentario “Zero Assoluto” della BBC e dimostra come questo materiale si comporta:

Le simulazioni al computer

Nell’elio superfluido, i singoli atomi che compongono la sostanza non possono più essere identificate come entità separate – si aggroviglino in un quantum meccanicamente tra loro e condividono l’esistenza. Quando Del Maestro e i suoi colleghi hanno inviato la loro simulazione per due supercomputer, erano in grado di effettuare simulazioni separate di 64 atomi di elio mentre raggiungevano lo stato superfluido.

All’interno di questo superfluido, hanno stabilito due ipotetiche sezioni – una sfera di superfluido e superfluido che la circondava – e tenuto traccia della quantità di informazioni quantistiche impigliate condivise tra loro e la sfera che si è ampliata.

Se ricordiamo i buchi neri, queste informazioni quantistiche intrecciate sono analoghe alle informazioni dell’orizzonte degli eventi, aumentando l’entropia interna. E proprio come le scoperte di Hawking e Bekenstein , i ricercatori hanno osservato come la quantità di informazioni quantistiche intrecciate condivise tra le due regioni del superfluido è stata determinata per la superficie della sfera, ma non il suo volume.

“Come un ologramma, si presenta come un volume tridimensionale dello spazio è completamente codificato in una superficie bidimensionale, come un buco nero”, descrive la squadra. Secondo Emily Conover, di Science News, anche se il fenomeno era stato previsto nel superfluido, questa è la prima volta che è stato dimostrato in simulazioni di uno stato naturale della materia.

Entanglement quantistico

E questo è importante, perché il fenomeno dell’entanglement quantistico o, come è noto, non si integra al modello standard della fisica – e ha profondamente messo a disagio lo stesso Einstein -, ma è qui per rimanere e abbiamo bisogno di modi migliori per studiarlo.

“Il web è un’informazione non classica condivisa tra le parti di uno stato quantico. [E ‘] il tratto caratteristico della meccanica quantistica che è più estraneo alla nostra realtà classica “, spiega Del Maestro in un comunicato stampa. “La nostra teoria classica di gravità dipende dal conoscere esattamente la forma o la geometria dello spazio-tempo.”

Anche se due teorie spiegano il comportamento di tutte le cose grandi e piccole nel nostro universo, la teoria della relatività e meccanica quantistica di Einstein non si mescolano e uno dei problemi più importanti della fisica moderna è trovare un modo per combinare le due in una teoria quantistica della gravitazione universale.

Così la nuova scoperta è così importante: forse arriva finalmente a vedere la stranezza dell’entanglement quantistico in uno stato naturale della materia. [ Science Alert , Nature Physics ]

Fonte: hypescience.com

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