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Ok, voglio che tu immagini una cosa con me.
Sai come, quando ti versi una tazza di caffè caldo, il calore si diffonde sempre verso l’esterno? Si disperde nell’aria più fresca circostante. Sempre. Senza eccezioni, giusto? Questa è la seconda legge della termodinamica: l’entropia, la tendenza dell’universo al disordine, aumenta sempre. Il calore fluisce dalle cose calde a quelle fredde. Punto.
Tranne che… e se ti dicessi che gli scienziati hanno appena trovato un modo per far fluire il calore all’indietro?
Lo so. Anche al mio cervello è venuto un piccolo capogiro quando ho letto per la prima volta di questa scoperta.
La scienza (calda?) dietro il fenomeno
Ecco cosa è straordinario: un team internazionale di ricercatori ha dimostrato che, in condizioni quantistiche molto specifiche, è effettivamente possibile far fluire il calore da una zona più fredda verso una più calda. È come vedere un fiume scorrere in salita. Non dovrebbe accadere. L’universo ha delle regole, gente!
Come ci sono riusciti? Hanno sfruttato una delle caratteristiche più sconcertanti della fisica quantistica: la sovrapposizione. Probabilmente conosci le basi: le particelle quantistiche possono esistere in più stati contemporaneamente finché non vengono osservate. Questo team ha utilizzato questa proprietà per creare qualcosa chiamato “ordine causale indefinito” (ICO, per brevità), che è esattamente strano quanto sembra.
Pensala così: invece di avere A che accade, poi B — o B poi A — il sistema quantistico fa… entrambi simultaneamente. La configurazione non “sa” mai quale lato è caldo e quale è freddo fino alla fine. E in quell’incertezza, accade la magia (beh, la fisica).
Incontra il demone di Maxwell — versione quantistica
I ricercatori si sono effettivamente ispirati a un famoso esperimento mentale ideato da James Clerk Maxwell nel 1867. Immaginava un piccolo “demone” seduto a una partizione tra due camere di gas — una calda, una fredda. Questa piccola creatura poteva teoricamente ordinare le particelle, lasciando che quelle fredde si spostassero verso il lato caldo e bloccando quelle calde dall’entrare nel lato freddo. In teoria, si ridurrebbe l’entropia. Il che violerebbe la seconda legge.
Ma ecco il punto: perché questo funzioni senza infrangere le leggi della fisica, la memoria del demone deve essere occasionalmente cancellata. Una volta considerato l’energia necessaria per cancellare quella memoria, l’entropia torna ad aumentare. L’universo pareggia i conti.
Questa nuova ricerca prende quel concetto e gli conferisce un aggiornamento quantistico. Lo chiamano interruttore quantistico — una configurazione in cui un qubit (l’equivalente quantistico di un bit informatico classico) può essenzialmente trovarsi sia nello stato “0” che nello stato “1” contemporaneamente, determinando l’ordine in cui le cose accadono. A causa di questa sfocatura quantistica, la seconda legge viene… diciamo, dolcemente persuasa a rilassarsi un po’.
Mettendo alla prova la teoria
Ora, ecco dove diventa ancora più interessante (gioco di parole assolutamente voluto). Non si trattava solo di elucubrazioni matematiche. Il team ha effettivamente costruito un vero esperimento utilizzando — indovina un po’ — un fascio di luce.
Hanno diviso un fascio di fotoni per creare una sovrapposizione, poi hanno disposto i due sottofasci risultanti per rappresentare diversi ordinamenti di due serbatoi di particelle. L’obiettivo? Verificare se il calore potesse davvero fluire all’indietro nella pratica.
E indovina un po’? Ha funzionato. I loro risultati sperimentali hanno corrisposto alle previsioni teoriche con un’accuratezza superiore al 99%. Novantanove per cento! È praticamente una medaglia d’oro in fisica.
Perché dovrebbe interessarti?
Oltre all’entusiasmo puro del “wow, abbiamo infranto la fisica”, questa scoperta ha implicazioni davvero interessanti.
Innanzitutto, si applica sia agli scenari quantistici che a quelli classici, il che significa che l’effetto non è limitato a configurazioni di laboratorio esotiche. I ricercatori hanno notato che la versione con interruttore quantistico potrebbe essere particolarmente utile per la “fotonica in spazio libero”, dove la luce viaggia attraverso l’aria aperta anziché attraverso cavi in fibra ottica. Nessun mezzo richiesto. Questo potrebbe teoricamente funzionare su