Teoria delle stringhe semplificata
Nel 1994, il professor Dr. Günter Nimtz e il suo collega, Horst Aichmann, hanno condotto esperimenti rivoluzionari presso la Hewlett-Packard che prevedevano la trasmissione di informazioni a una velocità superiore a quella della luce. Sono riusciti a trasportare un segnale su una distanza molto breve a una velocità 4.7 volte superiore a quella della luce, grazie a un fenomeno chiamato tunneling quantistico. Questo risultato notevole ha acceso accese discussioni tra gli scienziati, ma rimane riproducibile.
PIÙ VELOCE DELLA LUCE?
Per quanto improbabile possa sembrare, ero presente nel 1999 quando il professor Dr. Nimtz trasmise un segnale a microonde modulato in AM della 40a sinfonia di Mozart attraverso un doppio prisma di Bose a una velocità 4.7 volte superiore a quella della luce.
Come webmaster di un sito web di notizie a tema fantascientifico chiamato "Museo del futuro,” Ero costantemente alla ricerca di argomenti intriganti. Un giorno, mi sono imbattuto in un articolo sul dott. Nimtz e sugli enigmatici processi del tunneling quantistico superluminale. Incuriosito, l'ho contattato e lui ha gentilmente accettato di dimostrare il suo esperimento.
Quello che segue è un estratto dall'articolo originale che ho scritto sull'esperimento di Nimtz il 9 settembre 1999, intitolato Trasmissione dei segnali più veloce della luce:
"Dopo aver incontrato per la prima volta il Prof. Dr. Nimtz, mi è stato mostrato il suo nuovo esperimento di tunneling. Come profano non sono in grado di lanciarmi immediatamente in un'interpretazione scientifica approfondita del suo esperimento, ma cercherò diligentemente di comprendere ciò che ho visto oggi, e cercherò di condividere le mie intuizioni e domande e rendere disponibili i dati non appena saranno noti."
"Presento qui per la prima volta in esclusiva mondiale le immagini del nuovo allestimento sperimentale del Prof. Nimtz."
In questo esperimento, il segnale tunnel quantistico è stato misurato rispetto a un segnale che viaggiava attraverso lo spazio ordinario di laboratorio. Per dimostrarlo, il dott. Nimtz ha utilizzato un oscilloscopio e un diodo rivelatore per misurare con precisione il tempo di tunneling.
Mozart a 4.7 volte la velocità della luce
In previsione di possibili domande future, sei anni fa ho preparato un breve video che include l'ultima registrazione sopravvissuta della trasmissione superluminale di Mozart.
Domande tecniche
Nell'agosto 2023, ho corrisposto con Horst Aichmann, l'ingegnere dietro l'esperimento di tunneling quantistico e coautore con il professor Nimtz di vari documenti correlati. Ho chiesto informazioni sulla modulazione e il rilevamento della temporizzazione del segnale. Ha fornito le seguenti informazioni:
"Durante le nostre misurazioni di temporizzazione, ho creato un modulatore di impulsi dotato di filtraggio specializzato, che consente una frequenza di ripetizione di 13 MHz e un tempo di salita di circa 500 picosecondi. Il segnale AM fornisce una traccia facilmente rilevabile e misurabile, grazie a un diodo rilevatore veloce accoppiato a un oscilloscopio sufficientemente rapido."
Se accettiamo effettivamente l'esistenza di effetti superluminali derivanti dall'effetto tunnel quantistico, possiamo concludere che questo fenomeno consente a una particella di entrare in uno stato tachionico strettamente localizzato, per un periodo di tempo molto breve.
Il tunneling superluminale è stato eseguito con successo centinaia di volte nei laboratori di tutto il mondo, dimostrando la sua applicabilità nella tecnologia di tutti i giorni. Ad esempio, il lettore di impronte digitali sul tuo smartphone utilizza il tunneling quantistico. Potresti non pensarci, ma funziona e basta!
Lettori di impronte digitali e tunneling quantistico
Quando l'effetto tunnel quantistico si verifica con un puntatore laser rosso (che opera a una frequenza di diverse centinaia di terahertz), il campo tachionico evanescente si estende solo di pochi picometri a causa dell'alta frequenza.
Durante gli esperimenti di Nimtz, ha utilizzato una frequenza di 8.7 GHz, che coincideva casualmente con la lunghezza d'onda delle emissioni di elio-3. Questa particolare frequenza ha permesso al suo campo evanescente di essere rilevabile su diversi centimetri tra i prismi. (Capitava semplicemente che l'emettitore di microonde disponibile nel laboratorio universitario funzionasse a questa frequenza.)
È interessante notare che, quanto più bassa è la frequenza utilizzata, tanto più esteso è il campo evanescente che si estende dalla barriera.
Repliche (questo è un ottimo argomento per il tuo Progetto della fiera della scienza!)
Di recente, questo esperimento rivoluzionario è stato replicato da Pietro Elsen e Simone Tebeck, che hanno presentato i loro risultati a “La gioventù cerca,” il prestigioso concorso di fisica per studenti tedeschi, nel 2019. Il loro lavoro è valso loro il primo premio della Renania-Palatinato e il premio Heraeus per la Germania.
Riferimenti:
Tunneling Superluminale: vincitori di “Jugend forscht”.
I vincitori di “Jugend forscht” incontrano il Cancelliere tedesco
Cos'è una brana? (Topologia e teoria delle stringhe in sintesi)
La regola secondo cui nulla può muoversi più velocemente della luce ha un'eccezione poco nota: le onde evanescenti. Sono state tentate varie spiegazioni per spiegare questo fenomeno.
La mia spiegazione è semplice: un fotone è la più piccola unità possibile di topologia, geometria, dimensione, informazione, energia o qualsiasi cosa. Topologicamente, un fotone è un punto zero-dimensionale nello spazio; è un quanto di dimensione zero (0).
Nell'ipnotizzante balletto del tunneling quantistico, questo fotone, questo potenziale puro, attraversa una barriera. Nel farlo, si trasforma; mentre un punto passa da una località all'altra, diventa una linea, una corda. È proprio questa corda, quel delicato filamento, che trova il suo posto nella grande narrazione della teoria delle stringhe. Improvvisamente, siamo trascesi dal regno etereo dello zero-dimensionale alla realtà tangibile di un oggetto unidimensionale.
Nel lessico della fisica teorica, potremmo anche riferirci a questa stringa unidimensionale come a una “brana”, esistente all’interno di uno spazio confinato e unidimensionale, privo dell’arazzo del tempo.
Cos'è una brana?
Nel regno della teoria delle stringhe e della teoria quantistica, un 1-brana sono “oggetti o onde” unidimensionali che attraversano lo spazio-tempo, non attraverso leggi classiche, ma governati dai principi di fisica quantisticaQuando consideriamo lo spazio unidimensionale, omettiamo la quarta dimensione, che è il tempo.
In questo contesto, i fotoni o le stringhe possono muoversi in modo superluminale. Questa non è semplicemente un'idea matematica astratta; riflette la nostra realtà.
Le onde evanescenti derivano dal rientro dei fotoni nel regno non quantistico a quattro dimensioni, consentendoci di osservare il movimento più veloce della luce di un fotone che attraversa una barriera.
È lo spazio, Jim, ma non come lo conosciamo
Albert Einstein spiegò la sua teoria della relatività speciale utilizzando la geometria del matematico Hermann Minkowski, che unificò spazio e tempo in un continuum spaziotemporale quadridimensionale.
Per la sua teoria della relatività generale, Einstein utilizzò la geometria riemanniana, una branca che include il concetto di spazio curvo, per descrivere il modo in cui massa ed energia distorcono lo spaziotempo.
Questo "topologia,” il modello dello spazio curvo, ha esercitato su di noi un fascino infinito fin dai tempi antichi.
Una sfera esiste in 3 e 4 dimensioni. Nei regni zero e unidimensionali, la sfera (e il tempo) non esistono, perché queste dimensioni non hanno la struttura necessaria per definire una "superficie" o un "volume", per non parlare del "tempo".
È “tempo” di andare oltre la sfera di Riemann nella nostra comprensione del cosmo?
Clicca qui per “Superluminal”, parte 3:
Sbloccare la mente: le onde cerebrali umane sfidano la velocità della luce?
La serie “Superluminal”:
1. La scoperta delle onde cerebrali più veloci della luce: un viaggio illustrato
2. Gli scienziati svelano un'incredibile topologia dello spazio, infrangendo i limiti della velocità della luce!
3. Sbloccare la mente: le onde cerebrali umane sfidano la velocità della luce?
4. Svelare il mistero della coscienza più veloce della luce
