Uno straordinario
effetto quantistico chiamato entanglement attribuisce una
proprietà molto “poetica” alle particelle. Se, nella loro
storia, due di queste hanno avuto occasione di interagire
reciprocamente, anche dopo un certo tempo, pur trovandosi magari agli
estremi opposti dell’universo, accadrà che se qualcosa dovesse
interferire con la prima alterandone lo stato, istantaneamente andrà
a modificarsi lo stato dell’altra. (Enea)
Ora, è stato
trovato un nuovo paradosso nella meccanica quantistica - una delle
due teorie scientifiche fondamentali, insieme alla teoria della
relatività di Einstein - che mette in dubbio alcune idee di
senso comune sulla realtà fisica.
Presupposti
di senso comune
Queste sono idee
intuitive e ampiamente credute anche dai fisici:
“Quando qualcuno
osserva un evento accadere, è successo davvero.”
“È possibile fare
scelte libere, o almeno scelte statisticamente casuali.
“Una scelta fatta
in un posto non può influenzare immediatamente un evento distante “
(località).
Se un albero cade in
una foresta e non c’è nessuno a sentirlo, emette un suono?”
Forse no, dicono alcuni. E se qualcuno è lì per ascoltarlo? Se
pensi che ciò significhi che ovviamente ha fatto un suono, potresti
dover rivedere quell’opinione.
La
ricerca, pubblicata su Nature Physics, dimostra che i
presupposti possono anche non essere tutti veri – a meno di un
crollo della stessa meccanica quantistica.
Questo
è il risultato più importante di una lunga serie di scoperte nella
meccanica quantistica che hanno stravolto le nostre idee sulla
realtà.
L’importanza
di questa scoperta per capire la realtà
Per Niels Bohr,
uno dei fondatori della teoria quantistica, oltre un secolo fa,
alcune proprietà di una particella, come posizione e velocità, non
possono essere perfettamente osservate contemporaneamente. Non
esistono realmente finché non vengono misurate.
E dal momento che
alcune proprietà di una particella non possono essere misurate
perfettamente nello stesso momento – come la posizione e la
velocità – esse non possono essere contemporaneamente reali.
In un articolo del
1935, Albert Einstein con i colleghi teorici Boris Podolsky e Nathan
Rosen, ha sostenuto che ci deve essere di più nella realtà di
quello che la meccanica quantistica potrebbe descrivere.
L’articolo
considerava una coppia di particelle distanti in uno stato speciale
ora noto come “stato entangled“. Quando la stessa
proprietà (ad esempio, posizione o velocità) viene misurata su
entrambe le particelle entangled, il risultato sarà casuale,
ma ci sarà una correlazione tra i risultati di ciascuna particella.
Ad esempio, un
osservatore che misura la posizione della prima particella potrebbe
prevedere perfettamente il risultato della misurazione della
posizione di quella distante, senza nemmeno toccarla. Oppure
l’osservatore potrebbe scegliere di prevedere la velocità. Ciò ha
una spiegazione naturale, sostenevano, se entrambe le proprietà
esistevano già prima di essere misurate, contrariamente
all’interpretazione di Bohr.
Tuttavia, nel 1964
il fisico nordirlandese John Bell scoprì che l’argomento di
Einstein falliva se fosse eseguita una combinazione più complicata
di misurazioni diverse sulle due particelle.
Bell ha mostrato che
se i due osservatori scelgono in modo casuale e indipendente tra la
misurazione dell’una o dell’altra proprietà delle loro
particelle, come la posizione o la velocità, i risultati medi non
possono essere spiegati in nessuna teoria in cui, sia la posizione
che la velocità, erano proprietà locali preesistenti.
Sembra incredibile,
ma gli esperimenti hanno ora dimostrato in modo definitivo che le
correlazioni di Bell si verificano. Per
molti fisici, questa è la prova che Bohr aveva ragione: le
proprietà fisiche non esistono finché non vengono misurate.
La
misurazione è essenziale
per la realtà fisica
Nel 1961, il fisico
teorico ungherese-americano Eugene Wigner ideò un esperimento
mentale per mostrare cosa c’è di così complicato nell’idea di
misurazione/osservazione.
Ha considerato una
situazione in cui un suo amico entra in un laboratorio ermeticamente
sigillato ed esegue una misurazione su una particella quantistica.
Tuttavia, Wigner
notò che applicando le equazioni della meccanica quantistica per
descrivere questa situazione dall’esterno, il risultato è
abbastanza diverso. Invece della misurazione dell’amico che rende
reale la posizione della particella, dal punto di vista di Wigner
l’amico rimane impigliato con la particella e infettato
dall’incertezza che lo circonda.
Questo è simile al
famoso gatto di Schrödinger, un esperimento mentale in cui il
destino di un gatto in una scatola si intreccia con un evento
quantistico casuale.
Per Wigner, questa
era una conclusione assurda. Credeva invece che una volta coinvolta
la coscienza di un osservatore, l’entanglement sarebbe
“collassato” per rendere definitiva l’osservazione dell’amico.
E se Wigner si fosse
sbagliato?
L’
esperimento
Nella ricerca
effettuata, i fisici si sono basati su una versione estesa del
paradosso dell’amico di Wigner, proposto per la prima volta
da Časlav Brukner dell’Università di Vienna. In questo
scenario, ci sono due fisici – chiamali A e B – ciascuno con i
propri amici (C e D) in due laboratori distanti,
C e D stanno
misurando un paio di particelle intrecciate, come negli esperimenti
di Bell.
Come nell’argomento
di Wigner, le equazioni della meccanica quantistica ci dicono che C e
D dovrebbero rimanere invischiati nelle loro particelle osservate, ma
poiché quelle particelle erano già intrappolate l’una con
l’altra, C e D dovrebbero rimanere intrappolati, in teoria.
Ma
cosa implica sperimentalmente?
L’ esperimento
procede così: gli amici entrano nei loro laboratori e misurano le
loro particelle. Qualche tempo dopo, Ae B lanciano una moneta
ciascuno: se sono teste, aprono la porta e chiedono al loro amico
cosa ha visto, se è croce, eseguono una misurazione diversa.
Questa diversa
misurazione dà sempre un risultato positivo per A se C è impigliato
con la sua particella osservata nel modo calcolato da Wigner. Allo
stesso modo per B e D.
In ogni
realizzazione di questa misurazione, tuttavia, qualsiasi
registrazione dell’osservazione del loro amico all’interno del
laboratorio viene bloccata dal raggiungere il mondo esterno. C o D
non ricorderanno di aver visto nulla all’interno del laboratorio,
come se si fossero risvegliati dall’anestesia totale.
Ma è successo
davvero, anche se non lo ricordano?
Se i pressuposti -
citate all’inizio - sono corrette, ogni amico ha visto un risultato
reale e unico per la propria misurazione all’interno del
laboratorio, indipendentemente dal fatto che A o B abbiano
successivamente deciso di aprire la loro porta. Inoltre, ciò che
vedono A e C non dovrebbe dipendere da come atterra la moneta di B, e
viceversa.
È
stato dimostrato che se questo fosse il caso, ci sarebbero dei limiti
alle correlazioni che A e B potrebbero aspettarsi di vedere tra i
loro risultati. È stato
anche dimostrato che la meccanica quantistica prevede che A e B
vedranno correlazioni che vanno oltre quei limiti.
Successivamente, è
stato fatto un esperimento per confermare le previsioni della
meccanica quantistica utilizzando coppie di fotoni entangled.
Il ruolo della misurazione di ogni amico è stato svolto da uno dei
due percorsi che ogni fotone può seguire nel setup, a seconda di una
proprietà del fotone chiamata “polarizzazione“, ovvero il
percorso “misura” la polarizzazione.
L’ esperimento è
solo una dimostrazione di principio, poiché gli “amici” sono
molto piccoli e semplici. Ma apre la questione se gli stessi
risultati sarebbero validi con osservatori più complessi.
Potremmo non essere
mai in grado di fare questo esperimento con veri umani. Ma sosteniamo
che un giorno potrebbe essere possibile creare una dimostrazione
conclusiva se l‘”amico” fosse un’intelligenza artificiale a
livello umano in esecuzione in un enorme computer quantistico.
Sebbene un test
conclusivo possa essere lontano decenni, se le previsioni della
meccanica quantistica continuano a essere valide, ciò significa che
ha forti implicazioni per la nostra comprensione della realtà, anche
più delle correlazioni di Bell.
Per prima cosa, le
correlazioni che abbiamo scoperto non possono essere spiegate
semplicemente dicendo che le proprietà fisiche non esistono finché
non vengono misurate.
Ora viene messa in
discussione la realtà assoluta degli stessi risultati delle
misurazioni.
I risultati ottenuti
costringono i fisici ad affrontare il problema della misurazione a
testa alta: o l’esperimento non si ingrandisce e la meccanica
quantistica lascia il posto a una cosiddetta “teoria del collasso
oggettivo“, oppure uno dei presupposti di buon senso deve
essere respinto .
Conflitto
con la teoria della relatività di Einstein
Ci sono teorie, come
quella di de Broglie-Bohm, che postulano “l’azione a
distanza“, in cui le azioni possono avere effetti istantanei in
altre parti dell’universo. Tuttavia, questo è in diretto conflitto
con la teoria della relatività di Einstein.
Alcuni cercano una
teoria che rifiuti la libertà di scelta, ma richiedono una causalità
all’indietro o una forma apparentemente cospirativa di fatalismo
chiamata “superdeterminismo” .
Un altro modo per
risolvere il conflitto potrebbe essere quello di rendere la teoria di
Einstein ancora più relativa. Per Einstein, diversi osservatori
potrebbero non essere d’accordo su quando o dove accade qualcosa,
ma ciò che accade era un fatto assoluto.
Tuttavia, in alcune
interpretazioni, come la meccanica quantistica relazionale, il QBismo
o l’interpretazione a molti mondi, gli eventi stessi possono
verificarsi solo in relazione a uno o più osservatori. Un albero
caduto osservato da uno potrebbe non essere un fatto per tutti gli
altri.
Tutto ciò non
implica che tu possa scegliere la tua realtà. In primo luogo, puoi
scegliere quali domande porre, ma le risposte sono date dal mondo. E
anche in un mondo relazionale, quando due osservatori comunicano, le
loro realtà si intrecciano. In questo modo può emergere una realtà
condivisa.
Ciò significa che
se entrambi assistiamo alla caduta dello stesso albero e tu sostieni
di non avere sentito il rumore, senza scomodare la teoria quantistica
potresti aver bisogno solo di un apparecchio acustico.
Rivelato il
mistero della "flessibilità" dei dischi volanti! -
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Capitolo XVIII
Fonte: Sciencealert