La soluzione al complesso problema della luce mostra che il tempo può solo andare avanti
Il comportamento della luce potrebbe essere fondamentalmente legato alla freccia del tempo
La luce è qualcosa nel nostro mondo con cui siamo molto familiari, eppure può ancora sorprenderci quando la osserviamo nel dettaglio. Una nuova scoperta arriva da un fenomeno piuttosto consolidato: cosa succede quando la luce attraversa un’interfaccia? Potrebbe essere vetro, acqua o qualcos’altro completamente diverso. La soluzione per questo è stata a lungo stabilita, ma gli scienziati hanno ora scoperto qualcosa di strano che accade nel mezzo.
Quando la luce attraversa un’interfaccia, la sua velocità cambia. La soluzione per il comportamento della luce da un lato o dall’altro dell’interfaccia è l’equazione d’onda standard ben consolidata. Possono essere collegati senza problemi (una soluzione a tratti continua), ma ciò non spiega cosa accade all’interfaccia stessa. Lì, l’onda dovrebbe subire un’accelerazione che non è prevista dalla soluzione attuale.
Una nuova equazione
Ora, è stata proposta un’equazione nel caso di un universo con una dimensione spaziale e una dimensione temporale.
“In sostanza, ho trovato un modo molto semplice per derivare l’equazione d’onda standard in 1+1 dimensioni. L’unica assunzione di cui avevo bisogno era che la velocità dell’onda fosse costante. Poi mi sono chiesto: e se non fosse sempre costante? Questa si è rivelata una domanda davvero interessante”, ha detto l’autore principale, il professor Matias Koivurova, dell’Università dell’Europa Orientale, in una dichiarazione.
Il team ha sviluppato un’equazione d’onda accelerata. Inizialmente, la soluzione non aveva senso, ma i fisici si sono resi conto che avevano bisogno di una velocità di riferimento: la velocità della luce nel vuoto. Risolvendo l’equazione, è stata ottenuta la soluzione corretta sia all’interfaccia che da entrambi i lati, ma ha un requisito cruciale. Il tempo deve muoversi solo in avanti.
La freccia del tempo
La freccia del tempo è un concetto abbastanza importante in fisica. Più spesso in fisica, si parla della freccia termodinamica del tempo. In tutti i sistemi isolati, l’entropia aumenta col passare del tempo. Questo dà chiaramente una direzione al tempo.
Questa equazione, nonostante sia in una sola dimensione, sembra suggerire che la freccia del tempo non provenga solo dalla termodinamica, ma potrebbe essere una proprietà intrinseca della natura che anche la luce propagante dovrebbe obbedire.
Per il campo dell’ottica, risolvere questa equazione significa risolvere una controversia di lunga data che ha confuso i fisici per anni.
“C’è questo famoso dibattito in fisica, chiamato controversia di Abraham-Minkowski. La controversia riguarda ciò che accade al momento della luce quando entra in un mezzo. Minkowski ha detto che il momento aumenta, mentre Abraham ha insistito sul fatto che diminuisce”, ha spiegato il professor Marco Ornigotti, responsabile dello studio.
Le prove sperimentali supportano entrambe le posizioni e, secondo la nuova equazione, il momento è conservato grazie agli effetti relativistici. Sembra solo aumentare o diminuire a seconda di come lo si guarda.
“Abbiamo scoperto che possiamo attribuire un ‘tempo proprio’ all’onda, che è del tutto analogo al tempo proprio nella teoria generale della relatività”, ha continuato Ornigotti.
Il lavoro passa da un enigma ottico specifico a una possibile verità fondamentale dell’universo. E se la freccia del tempo va sempre in una direzione, potremmo dover dire addio ai sogni di viaggiare nel tempo nel passato.
