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IMPLICAZIONI DELL'ENTANGLEMENT SUL CONCETTO DI "REALTA'

di Giuseppe Vatinno 
Fisico, giornalista 

IMGIl fenomeno dell’ “entanglement quantistico” (in seguito e.q. o anche e.) implica, di fatto, la non esistenza dei concetti di separazione spazio – temporale. Riportiamo brevemente (avendone già trattato in altri articoli e saggi) il concetto di “entanglement”, che in inglese significa “connesso” o “attorcigliato”. L’ e. è un fenomeno che si mostra unicamente a livello quantistico, cioè non ha un’ analogo nella fisica classica. In pratica esso deriva proprio dal concetto di “misura” in meccanica quantistica; infatti, a questi livelli la materia e l’energia (che sono legate dalla nota equivalenza relativistica) hanno comportamenti sia ondulatori che corpuscolari, come del resto è stato rivelato da famosi esperimenti, come quello della “doppia fenditura”. In pratica, una elettrone, mostra a volte di comportarsi come un’ onda (dà per esempio luogo a fenomeni ondulatori tipici, come quello dell’interferenza) ed altre volte come un corpuscolo (ad esempio nell’effetto fotoelettrico); questo è a sua volta un portato del Principio di indeterminazione di Heisemberg che è alla base di tutto il mondo quantistico. Questo bizzarro comportamento fu descritto in un esperimento ideale dal trioAlbert Einstein (1879 -1955), Boris Podolsky (1896 -1966) eNathan Rosen (1909 – 1995) da cui il nome di “paradosso EPR” (presentato nel 1935). In parole povere tale paradosso ci dice che due particelle che siano state una volta a contatto tra loro poi rimangono per sempre “unite” eche se modifichiamo lo stato quantico di una, ad esempio la polarizzazione dello spin, immediatamente l’altra, pur essendo a miliardi di anni luce ne risente dell’effetto e si adegua.Quando tale paradosso uscì provocò aspri dibattiti in seno alla comunità scientifica e soprattutto tra Einstein e Niels Bohr (1885 -1962); il primo pensava che poiché potevano esistere tal assurdità la meccanica quantistica fosse incompleta e magari esistessero delle “variabili nascoste” che dessero conto di ciò togliendo l’intrinseca dimensione probabilistica che regnava nel mondo dei quanti; ilsecondo pensava invece che il paradosso fosse vero e che rispecchiasse una strutturale impredicibilità del mondo quantico. C’è da dire che la scienza dimostrò molti anno dopo con il lavoro teorico di John Stewart Bell (1928 – 1990) e poi quello sperimentale nel 1982 di Alain Aspect (1947 -) che Bohr aveva ragione ed Einstein torto. Il Paradosso EPR ha una portata filosofica  enorme perché ci mostra che il mondo inrealtà è molto diverso da come ci appare a noi a livello macroscopico; in pratica tutte le particelle risultano essere interconnesse, ma la cosa sconvolgente è che tale connessione è immediata al di là dello spazio e del tempo e che quindi questi due concetti a livello elementare non esistono nel modo in cui li intendiamo noi.

Dunque la m.q. è una teoria intrinsecamente non locale e l’ipotesi delle variabili nascoste è falsa (Teorema di Bell, 1964). Il portato principale di questa situazione è che la stessa “Realtà” sembra non esistere fin quando qualcuno non la osserva ed allora ecco che tramite il collasso della funzione d’onda la materia è costretta a scegliere un determinato stato quantico (energia, spin etc) e quindi si “concretizza” una forma stabile.Fin quando la materia o l’energia non è osservata essa esiste inun ostato indeterminato e senza forma alcuna.

Nell’esperimento della doppia fenditura c’è uno schermo con due fessure: unfotone emesso può passare solo d a una delle due, ma fin quando non losi osserva esso, interagendo con sé stesso,risulta essere passato in entrambe; quando poi lo si osserva è costretto a “scegliere” una delle due fessure. A questo punto il famoso fisico [1] John  Archibald Wheeler (1911 -2008) ha proposto il concetto di “universo partecipatorio” perché, comevedremo, è proprio l’osservatore, in un certo senso, a “costruire” la Realtà.

Riprendiamo il nostro esperimento con il fotone [2] e lo schermo a doppia fenditura; seponiamo un rivelatore di fotoni dietro una delle due fenditure e d ad una certa distanza dallo schermo (tale cioè da assicurarci che il fotone sia passato da entrambi le fenditure, nella sua forma d’onda) ecco che noi possiamo agire a  posteriori sul comportamento del fotone stesso dopo che è passato dalle due fenditure. Infatti, osservandolo dietro ad una delle due fenditure automaticamente si esclude l’altra, ma il fotone, come onda era già passato da entrambi ed allora che cosa è successo?

Da unpunto di vista puramente logico possiamo dire che il fotone, come onda, risulta aver “ritirato” il proprio “fronte d’onda” come semai fosse passato contemporaneamente dalle due fenditure, invece siamo certi che vi sia passato perché dietro loschermo si era formata la caratteristica interferenza tipica delle onde. Allora quale misterioso meccanismo ha agito addirittura nel passato per cambiare quello che era già avvenuto? In realtà il paradosso può essere risolto solo pensando che i nostri concetti di spazioe di tempo non valgano più, come già detto, a livello quantistico; infatti se il tempo e lo spazio non esistono ecco che allora il fotone non “tornerà sulle sue decisioni”, ma, molto semplicemente, non vi erano decisioni dprendere perché iltempo non era passato, ad un certo livello di Realtà, ma tutto avveniva contemporaneamente!

Wheeler spiega bene le cose con un caso concreto o esperimento a “scelta ritardata” (proposto nel 1978); proprio della Relatività Generale di Einstein sappianoche nello spazio esistono le cosiddette “lenti gravitazionali” che sono galassie che hanno la possibilità di dividere in due la luce di una stella, ad esempio un lontano Quasar, grazie proprio alla loro forza gravitazionale. Quindi se c’è un Quasar a 10 miliardi di anni luce ed una lente gravitazionale ed  ecco che un fotone proveniente dal Quasar incontra la lente e si divide in due (analogo dell’esperimento della doppia fenditura). Tuttavia, quando giunge dopo ben 8 miliardi di anni sulla terrae noi lo osserviamo lo indiciamo a “scegliere” quale delle due strade cosmiche (che portano alla doppia immagine del Quasar) ha seguito e quindi in un certo senso con la sola osservazione modifichiamo un passato di 8 miliardi di anni!

E’ chiaro dunque che fenomeni come questi ci dicono che l’intero universo è veramente una creazione degli osservatori che lo osservano e non esiste di per sé oggettivamente nel senso noto della meccanica newtoniana. Queste conclusioni rivoluzionano completamente non solo la visione che abbiamodella Realtà, nei concetti basilari di spazio e tempo, ma anche a livello filosofico e l’universo ci pare sempre più una struttura interconnessa in cui quello che accade non esiste oggettivamente una volta per tutte, ma piuttosto fa parte di un quadro continuamente cangiante dipinti dagli stessi osservatori. Resta da definire bene il concetto di “osservatore” e quindi di “osservazione”. Cos’ èun osservatore? Quando lo posso definire tale equindi capaci di alterare addirittura il passato? La coscienza gioca un ruolo in tutto questo o l’ “osservatore” potrebbe anche essere anche un meccanismo automatico ed inanimato? Come si vede con queste domande siamo giunti al livello più profondo di una sofisticata riflessione su cosa sia quella Realtà che noi diamo giornalmente per scontata.

Bibliografia

Aczel A. D. Entanglement. Il più grande mistero della fisica Raffaello Cortina Editore, Milano 2004.

Albert Einstein, Podolsky, Rosen, (1935) "Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?" Phys. Rev. 47: 777.

 Bell J. S. (1964) “On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox”, in “Physics”, I, pp. 195 -200.

Bell John S., “Dicibile e indicibile” in meccanica quantistica”, Adelphi Milano 2010.

Ghirardi G.C., Un'occhiata alle carte di Dio, Il Saggiatore, Milano 2003.

Wheeler J. A., "The 'Past' and the 'Delayed-Choice' Double-Slit Experiment", in Mathematical Foundations of Quantum Theory, edited by A.R. Marlow.

[1] Wheeler ha coniato il termine “buco nero” ed è stato autore della famosa equazione di Wheel – DeWitt che è la funzione d’onda quantistica per l’intero universo. In formula:  dove H è l’operatore hamiltoniano (energia) quantizzato della Relatività generale applicato alla funzione d’onda quantistica.

 

[2] Questo esperimento è alla base di uno effettivamente realizzato da Alain Aspect nel 2007.

 


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