Fisica

La stragrande maggioranza dell’umanità è convinta che il mondo “esterno”, così come ce lo rappresenta il nostro cervello, corrisponda alla realtà.

In effetti non è assolutamente così ed è molto semplice da comprendere per qualsiasi nostro lettore.

Prima di indagare su che cosa sia la “Realtà”, riassumiamo brevemente come si forma la sua rappresentazione mentale nel nostro cervello.

Dobbiamo partire dalla materia, cioè dalla sostanza di cui è costituito tutto l’Universo e quindi anche il nostro corpo, cervello compreso.

Più avanti vedremo che anche la materia non è la realtà ultima, ma per ora sarà il nostro punto di partenza.

La materia è fatta da atomi, cioè da particelle infinitesime, invisibili anche al microscopio elettronico, a loro volta costituiti da particelle più piccole ancora.

Un atomo è formato da un nucleo centrale costituito da protoni (di carica elettrica positiva) e da neutroni (privi di carica elettrica) attorno al quale ruotano velocissime e disordinatamente delle particelle ancora più piccole di carica elettrica negativa, chiamate elettroni.

Per la maggior parte delle persone, quando si parla di cristalli si intendono diamanti, pietre dure o forse i cristalli di ametista o di quarzo amate dai collezionisti. Per Norman Yao, questi cristalli inerti sono solo la punta dell’iceberg.

Se i cristalli hanno una struttura atomica che si ripete nello spazio, come il reticolo di carbonio di un diamante, perché allora i cristalli non potrebbero avere una struttura che si ripete nel tempo?

Cioè un cristallo temporale?

In un documento presentato on line sulla rivista Physical Review Letters l’assistente professore di fisica della UC Berkeley descrive esattamente come creare e misurare le proprietà di tali cristalli e anche prevedere quali siano le varie fasi che dovrebbero circondare il cristallo temporale, simili alle fasi liquide e gassose nel ghiaccio.

Questo diagramma di fase mostra come il modificare i parametri sperimentali possa “fondere” un cristallo di tempo in un normale isolante o portarlo in uno stato termico ad alta temperatura. Grafica di Norman Yao.

Questa non è solo mera speculazione. Due gruppi hanno seguito le indicazioni di Yao ed hanno già creato i primi cristalli temporali.

“Chiamo il nostro mondo Flatlandia, non perché sia così che lo chiamiamo noi, ma per renderne più chiara la natura a voi, o lettori beati, che avete la fortuna di abitare nello spazio”. Così scriveva Edwin A. Abbot ('Flatlandia', Feltrinelli) nel lontano 1882, raccontando la vita in un mondo a due dimensioni e mostrando le consuetudini di una società che apparirebbe a noi abitanti del mondo tridimensionale quanto meno bizzarra.

Quello che potrebbe sembrare solamente un racconto di fantasia diviene ai nostri giorni quasi una profezia, dal momento che sono stati assegnati tre premi Nobel per la Fisica a David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane e J. Michael Kosterlitz per “aver fatto luce su strani stati della materia (in due dimensioni)”.

Come scriveva Abbot, la realtà fisica in due dimensioni è molto diversa da quella che osserviamo nel mondo attorno a noi. In Flatlandia prendono vita nuovi stati della materia che possono essere spiegati solamente dalle leggi della meccanica quantistica. E queste fasi quantistiche sono oggi oggetto di una intensa ricerca, allo scopo di sviluppare nuovi dispositivi elettronici, in grado, si spera, di avere un forte impatto sulla vita quotidiana.

I sistemi bidimensionali devono il loro comportamento unico alla combinazione di statistica quantistica, forte correlazione tra le particelle, dimensionalità e topologia. Questi tre ingredienti sono tutti fondamentali, ma allo stesso tempo difficili da controllare nei sistemi convenzionali. Innanzitutto il numero di gradi di libertà di un sistema elettronico reale è gigantesco.