L’anno in fisica
Ormai probabilmente hai sentito la storia originale del genio della quarantena: Isaac Newton, fuggito dalla peste , rivoluzionò la matematica e reinventò la fisica. In un anno afflitto da una pandemia come il 2020, è naturale sperare in qualche lato positivo parallelo. Forse alle idee di un altro prodigio viene dato il tempo e lo spazio per gesticolare, e chissà quali meraviglie attendono.
I cupi tra noi potrebbero far notare che tali paralleli possono solo arrivare fino a un certo punto. Nell'era di Newton, la quarantena significava un profondo isolamento, con poco ma un melo per tenere compagnia. Prima dello zoom, la messa a fuoco poteva essere ottenuta più facilmente.
Ma ancora più importante, la scienza stessa è cambiata completamente da allora. Fino a circa un secolo fa, un pensatore isolato aveva la possibilità di innescare un profondo sconvolgimento intellettuale. Ora le domande più grandi – anche quelle teoriche – tendono a cedere solo sotto l'assalto di team globali di studiosi.
Tuttavia, è sorprendente che in quest'anno due di questi team abbiano compiuto profondi progressi sulle idee che potrebbero portare alla prossima rivoluzione nella fisica. Questi ricercatori hanno intaccato il problema più allettante e recalcitrante della fisica teorica: il paradosso dell'informazione del buco nero di Stephen Hawking. Proprio come Newton alla fine ha dimostrato che la gravità che attira le mele su un albero è la stessa della forza che tiene la luna in orbita, questi scienziati sognano di unire le idee di Albert Einstein sulla gravità con le particelle e i campi della meccanica quantistica. E anche se questo obiettivo potrebbe richiedere ancora un po 'di tempo per raggiungere, Newton ha impiegato più di 20 anni per pubblicare il suo capolavoro, i Principia . Non è folle sperare che i semi intellettuali seminati in questo anno pandemico – informazioni e intrecci, incrociati con wormhole e ologrammi – un giorno daranno frutti gloriosi.
Progressi sul paradosso dell'informazione del buco nero
Ecco una versione estremamente breve del paradosso dell'informazione del buco nero: la roba cade in un buco nero. Nel tempo – molto, molto tempo – il buco nero "evapora". Cosa è successo alla roba? Secondo le regole di gravità, è andato, le sue informazioni perse per sempre. Ma secondo le regole della meccanica quantistica, le informazioni non possono mai essere perse. Pertanto, paradosso. Quest'anno, una serie di calcoli del tour de force ha dimostrato che le informazioni devono in qualche modo sfuggire , anche se il modo in cui lo fanno rimane un mistero. "La teoria dei buchi neri non contiene più una contraddizione logica che la rende paradossale", ha scritto George Musser nella sua cronaca dell'opera epica. Ma molto rimane confuso, anche agli stessi fisici. "In termini di dare un senso ai buchi neri", ha scritto Musser, "questa è al massimo la fine dell'inizio".
I fisici creano superconduttori a temperatura ambiente
Treni fluttuanti, trasmissione di potenza senza perdite, perfetto accumulo di energia: la promessa della superconduttività a temperatura ambiente ha alimentato molti sogni utopici. Un team con sede presso l'Università di Rochester a New York ha riferito di aver creato un materiale basato su un reticolo di atomi di idrogeno che mostrava prove di superconduttività fino a circa 15 gradi Celsius (59 gradi Fahrenheit) – circa la temperatura di una stanza fredda . L'unico problema: funziona solo se il materiale viene schiacciato all'interno di un'incudine di diamante a pressioni che si avvicinano a quelle del nucleo terrestre. L'utopia dovrà aspettare.
Una nuova risposta all'enigma del tempo
Chiedi al tuo fisico teorico medio sulla natura del tempo e probabilmente dirà che il flusso del tempo è una specie di illusione. Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, le tre dimensioni dello spazio sono intrecciate insieme a una dimensione del tempo in un "universo a blocchi" che comprende l'intero passato, presente e futuro. "Per noi fisici credenti", scrisse Einstein nel 1955, settimane prima della sua morte, "la distinzione tra passato, presente e futuro è solo un'illusione ostinatamente persistente". Eppure una nuova idea sul tempo e sul caso – che deriva da una vecchia idea sulla matematica – potrebbe offrirci una via d'uscita dalla nostra prigione nell'universo a blocchi.
Gli astronomi scoprono la fonte delle esplosioni radio veloci
Uno stroboscopio cosmico abbagliante ha posto fine a un intramontabile mistero astronomico. I lampi radio veloci – blip di onde radio lontane che durano solo millisecondi – sono sfuggiti alla spiegazione da quando sono stati scoperti per la prima volta nel 2007. O meglio, gli astronomi avevano escogitato troppe teorie per spiegare cosa sono, per il breve periodo accese, le sorgenti radio più potenti dell'universo. Ma in una tranquilla mattina di aprile, un'esplosione "ha illuminato il nostro telescopio come un albero di Natale", ha detto un astronomo. Ciò ha permesso ai ricercatori di risalire alla sua fonte in una parte del cielo dove un oggetto aveva emesso i raggi X. Gli astronomi hanno concluso che dietro al fenomeno c'era una stella di neutroni altamente magnetizzata chiamata magnetar.
Prove dure per un terzo regno di particelle
L'universo è suddiviso in due tipi di particelle: bosoni o fermioni, portatori di forza o granelli di materia. Ma se crei un universo giocattolo, uno con solo due dimensioni spaziali invece delle nostre tre familiari, le regole del comportamento delle particelle cambiano. In questo universo 2D, le regole della topologia consentono l'esistenza potenziale di un terzo tipo di particella: l'anion. Gli anioni furono previsti per la prima volta negli anni '80, ma solo quest'anno gli esperimenti sono stati in grado di confermare in modo definitivo la loro esistenza .
Vasti campi magnetici potrebbero risolvere enigma cosmico
Il più grande enigma della cosmologia in questo momento ha a che fare con la costante di Hubble, una misura della velocità con cui l'universo si sta espandendo. I dati dell'universo primordiale prevedono un valore. I dati dell'universo moderno ne prevedono un altro. Cosa potrebbe causare la discrepanza? I cosmologi non hanno fine alle idee , ma un'opzione trascurata è la possibile esistenza di campi magnetici alla nascita dell'universo. Le prove chiave a favore di questa ipotesi sono emerse quando gli astronomi hanno scoperto il più grande campo magnetico conosciuto nel cosmo : 10 milioni di anni luce di spazio magnetizzato che permeano i vuoti tra gli ammassi di galassie. Da dove poteva venire, se non il Big Bang stesso?
Questa è la traduzione automatica di un articolo pubblicato su Quanta Magazine all’URL https://www.quantamagazine.org/quantas-year-in-physics-2020-20201223/ in data Wed, 23 Dec 2020 17:06:57 +0000.