Macrocosmo (Relatività) e microcosmo (Meccanica Quantistica) sono in contraddizione?

L'apparente contraddizione tra le leggi del microcosmo (descritto dalla meccanica quantistica) e quelle del macrocosmo (descritto dalla relatività generale) sta nel fatto che sembra strano o controintuitivo che l'universo operi con due set di leggi completamente diverse a seconda della scala (macro vs micro). Ci si aspetterebbe che esista una teoria che unifichi la relatività generale e la meccanica quantistica, fornendo una spiegazione coerente sia per il macrocosmo che per il microcosmo, ma attualmente non siamo ancora riusciti a trovare una descrizione unificata.

Entrambe le teorie sono estremamente accurate nei loro ambiti, ma seguono principi profondamente diversi e, a prima vista, incompatibili. 

Ecco perché si potrebbe percepire una contraddizione.

Differenza di scala e fenomeni osservabili

• Relatività generale: descrive fenomeni su larga scala, come il movimento dei pianeti, la curvatura dello spazio-tempo e l'influenza della gravità su oggetti massivi. È una teoria deterministica: conosciamo le equazioni che descrivono come i corpi interagiscono nel tempo, e possiamo predire con precisione come evolverà un sistema.
• Meccanica quantistica: descrive fenomeni su scala microscopica, come il comportamento delle particelle subatomiche. È intrinsecamente probabilistica, il che significa che, invece di predire esattamente dove si troverà una particella, possiamo solo calcolare le probabilità di trovare la particella in una certa posizione o con una certa energia.

La contraddizione percepita è che queste due teorie sembrano funzionare in base a principi opposti: la relatività è classica e deterministica, mentre la meccanica quantistica è probabilistica e sfuma il concetto di determinismo.

Problemi di unificazione

• Una teoria "completa" della fisica dovrebbe poter descrivere sia il comportamento del microcosmo che del macrocosmo in modo coerente. Tuttavia, attualmente non esiste una teoria che riesca a conciliare pienamente la relatività generale con la meccanica quantistica.
• Nella relatività generale, la gravità è una curvatura dello spazio-tempo creata dalla presenza di massa ed energia. Questa curvatura agisce su tutti i corpi. Invece, nella meccanica quantistica, le particelle subatomiche seguono leggi come il principio di indeterminazione di Heisenberg, che sembra incompatibile con l'idea di una curvatura uniforme dello spazio-tempo.
• Esempio di conflitto: Nei buchi neri, fenomeni macroscopici di estrema gravità interagiscono con effetti quantistici. La relatività generale predice una singolarità (un punto di densità infinita), ma la meccanica quantistica non è in grado di trattare le condizioni che esistono all'interno di questa singolarità. Ciò indica che qualcosa manca nella nostra comprensione o nella descrizione unificata di questi due mondi.

Teorie alternative e tentativi di unificazione

• Teoria delle stringhe: Cerca di risolvere questa contraddizione proponendo che particelle fondamentali non siano punti, ma piuttosto "stringhe" vibranti, la cui dinamica potrebbe descrivere sia fenomeni quantistici che gravitazionali. Tuttavia, questa teoria non è ancora verificata sperimentalmente.
• Gravità quantistica a loop: Un altro tentativo di unificare la gravità con la meccanica quantistica, cercando di quantizzare lo spazio-tempo stesso.

Le leggi fondamentali della natura

La percezione di contraddizione nasce dal fatto che ci aspettiamo che l'universo segua un unico set di leggi fondamentali che siano valide a tutte le scale. Se il microcosmo segue regole diverse rispetto al macrocosmo, questo potrebbe suggerire che le nostre teorie attuali siano incomplete o che vi sia una teoria più profonda che le unifica entrambe.

Fino a quando non sarà trovata una teoria di gravità quantistica o una teoria del tutto (unificazione della meccanica quantistica e della relatività), queste due teorie sembrano offrire immagini diverse della realtà. Tuttavia, poiché entrambe funzionano estremamente bene nei loro rispettivi domini, questo suggerisce che possano essere due "approssimazioni" di una singola teoria unificante.