Il concetto quantistico di tempo è emerso per la prima volta dalle prime ricerche sulla gravità quantistica, in particolare dal lavoro di Bryce DeWitt negli anni ’60:
“Gli altri tempi sono solo casi speciali di altri universi.”
In altre parole, il tempo è un fenomeno di entanglement, che pone tutte le letture uguali degli orologi (di orologi correttamente preparati – o di qualsiasi oggetto utilizzabile come orologio) nella stessa storia. Questo fu compreso per la prima volta dai fisici Don Page e William Wootters nel 1983. Hanno fatto una proposta per affrontare il problema del tempo in sistemi come la relatività generale, chiamata interpretazione delle probabilità condizionali. Consiste nel promuovere tutte le variabili a operatori quantistici, uno dei quali come orologio, e porre domande di probabilità condizionale rispetto alle altre variabili. Sono arrivati ad una soluzione basata sul fenomeno quantistico dell’entanglement. Page e Wootters hanno mostrato come l’entanglement quantistico può essere usato per misurare il tempo.
Nel 2013, presso l’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) di Torino, Italia, Ekaterina Moreva, insieme a Giorgio Brida, Marco Gramegna, Vittorio Giovannetti, Lorenzo Maccone e Marco Genovese hanno eseguito la prima prova sperimentale delle idee di Page e Wootters. Hanno confermato che il tempo è un fenomeno emergente per gli osservatori interni ma assente per gli osservatori esterni dell’universo proprio come prevede l’equazione di Wheeler-DeWitt.
L’approccio delle discretizzazioni coerenti sviluppato da Jorge Pullin e Rodolfo Gambini non ha vincoli. Si tratta di tecniche di approssimazione a reticolo per la gravità quantistica. Nell’approccio canonico se si discretizzano i vincoli e le equazioni del moto, le equazioni discrete risultanti sono inconsistenti: non possono essere risolte simultaneamente. Per affrontare questo problema si usa una tecnica basata sul discretizzare l’azione della teoria e lavorare con le equazioni discrete del moto. Queste sono automaticamente garantite per essere coerenti. La maggior parte delle difficili questioni concettuali della gravità quantistica sono legate alla presenza di vincoli nella teoria. Le teorie discretizzate coerenti sono libere da questi problemi concettuali e possono essere direttamente quantizzate, fornendo una soluzione al problema del tempo. La questione è un po’ più sottile di così. Anche se senza vincoli e con “evoluzione generale”, quest’ultima è solo in termini di un parametro discreto che non è fisicamente accessibile. La via d’uscita è affrontata in modo simile all’approccio di Page-Wooters. L’idea è di scegliere una delle variabili fisiche come orologio e porre domande relazionali. Queste idee in cui l’orologio è anche meccanico quantistico hanno effettivamente portato a una nuova interpretazione della meccanica quantistica – l’interpretazione di Montevideo della meccanica quantistica. Questa nuova interpretazione risolve i problemi dell’uso della decoerenza ambientale come soluzione al problema della misurazione in meccanica quantistica invocando limitazioni fondamentali, dovute alla natura meccanica quantistica degli orologi, nel processo di misurazione in meccanica quantistica. Queste limitazioni sono molto naturali nel contesto di teorie generalmente covarianti come la gravità quantistica dove l’orologio deve essere preso come uno dei gradi di libertà del sistema stesso. Hanno anche proposto questa decoerenza fondamentale come un modo per risolvere il paradosso dell’informazione dei buchi neri. In certe circostanze, un campo di materia è usato per de-parametrizzare la teoria e introdurre un’hamiltoniana fisica. Questo genera un’evoluzione fisica del tempo, non un vincolo.
I vincoli di quantizzazione dello spazio di fase ridotto sono risolti prima e poi quantizzati. Questo approccio è stato considerato per un certo tempo impossibile, poiché sembra richiedere di trovare prima la soluzione generale delle equazioni di Einstein. Tuttavia, con l’uso di idee coinvolte nello schema di approssimazione di Dittrich (costruito su idee di Rovelli) un modo per implementare esplicitamente, almeno in linea di principio, una quantizzazione ridotta dello spazio di fase è stato reso praticabile.
Avshalom Elitzur e Shahar Dolev sostengono che gli esperimenti di meccanica quantistica come il Bugiardo Quantico forniscono prove di storie incoerenti, e che lo spaziotempo stesso può quindi essere soggetto a cambiamenti che riguardano intere storie. Elitzur e Dolev credono anche che un passaggio oggettivo del tempo e la relatività possano essere riconciliati, e che ciò risolverebbe molti dei problemi con l’universo a blocchi e il conflitto tra relatività e meccanica quantistica.
Una soluzione al problema del tempo proposta da Lee Smolin è che esiste un “presente denso” di eventi, in cui due eventi nel presente possono essere causalmente collegati tra loro, ma in contrasto con la visione del tempo dell’universo a blocchi in cui tutto il tempo esiste eternamente. Marina Cortês e Lee Smolin sostengono che certe classi di sistemi dinamici discreti dimostrano l’asimmetria e l’irreversibilità del tempo, il che è coerente con un passaggio oggettivo del tempo.