meccanica quantistica recap DEFINITIVO

 Interpretazione bayesiana della meccanica quantistica - Fuchs Non dire gatto se non l'hai nel sacco.

Non oso mai parlare del gatto di Schrödinger senza prima "pararmi il culo" citando le grandi conquiste della fisica subatomica nel XX secolo e e impugnando un tomo spesso e pieno di matematica astrusa. In caso contrario rischierei di passare per matto. Perché mai dovrei dire che un gatto che non vedo è sia vivo che morto quando posso benissimo descrivere la situazione dicendo che IO non so se è vivo o morto? Voglio forse fare il pagliaccio per stupire i miei nipoti al cenone di Natale con quello che è solo uno scoperto sofisma ch enemmeno ho capito bene? Come biasimare chi ascolta se non ti dà credito. Ma il fatto più rilevante di questa storia è che l'ovvia interpretazione dei miei piccoli amici delle scuole medie può tranquillamente essere estesa a tutta la fisica quantistica. Non c'è micro o macro che tenga, molto semplicemente le funzioni d'onda non descrivono stati oggettivi del mondo ma rappresentano espressioni soggettive di credenze e conoscenze dell'osservatore sulle possibili condizioni di un sistema. Così come, molto semplicemente, non so se il gatto di Schrödinger sia vivo o morto e lo scopro una volta che apro la gabbia, lo stesso posso pensare quando mi concentro sulle particelle subatomiche. Quel fenomeno stranissimo da cui originano i mille paradossi della meccanica quantistica, ovvero il "collasso d'onda", potrei tranquillamente chiamarlo in modo più modesto "aggiornamento delle mie credenze di fronte a un fatto nuovo". Insomma, le probabilità potrebbero essere usate per descrivere le mie credenze anziché la realtà. Tutto diventerebbe più comprensibile a tutti, con la teoria che continuerebbe a funzionare nella pratica un po' come prima. Non solo il paradosso del gatto ma anche il paradosso EPR o l'esperimento della Doppia Fenditura non presentano più un problema.

Perché allora la scienza non si adegua? Mah, questa, in fondo, è solo un'interpretazione e gli scienziati non sono grandi filosofi, nemmeno sono poi così interessati alla cornice filosofica. Vanno avanti per inerzia con le loro abitudini anche quando producono un quadro contorto. Eppure anche molti grandi filosofi che capiscono bene la teoria non si sono sbilanciati in questo senso. Forse una proposta del genere enfatizza troppo la soggettività interpretando le probabilità come come grado di credenza dell'osservatore piuttosto che come proprietà oggettiva del sistema fisico. La scienza, al contrario, si vede da sempre impegnata a cercare leggi universali e oggettive che descrivano il mondo indipendentemente dall'osservatore. Da Monod in poi, ha un sacro terrore del soggetto, vuole tenerlo fuori da ogni suo paradigma, talvolta sembra in preda a capricci isterici quando il soggetto fa capolino all'orizzonte. Magari teme di introdurre il seme del relativismo ma con una buona teoria (filosofica) della percezione tutto questo puo' essere scongiurato.

da albert (e huemer) è un post facebook

Il comportamento degli elettroni è abbastanza facile da descrivere ma quasi impossibile da interpretare. Mi occupo del compito facile ispirato dal primo capitolo di "Meccanica quantistica e senso comune" di David Albert. A voi lascio quello difficile.

Ogni elettrone puo' essere bianco o nero e ci sono dei misuratori del colore in grado di dircelo. Ma puo' essere anche duro o tenero, e ci sono dei misuratori della consistenza in grado di dircelo. Tra consistenza e colore non c'è correlazione, il che significa che se immettiamo degli elettroni bianchi in un misuratore della consistenza, metà saranno duri e metà teneri. Allo stesso modo, se mettiamo degli elettroni duri in un misuratore del colore, metà saranno bianchi e metà neri. E' un po' come se il misuratore del colore resettasse la consistenza degli elettroni in entrata e il misuratore della consistenza resettasse il colore in entrata. Purtroppo, per quanto appena detto, non c'è neanche modo di accertare le due proprietà in un singolo elettrone. Esempio, se inserisco elettroni bianchi in un misuratore della consistenza avrò il 50% degli elettroni in uscita duri e il 50% teneri. Posso anche isolare le due metà e quindi, potrei essere tentato dal dire che la metà dura è "dura e bianca". Ma, per quanto detto prima, qualora misurassi il colore, riceverei una smentita: metà di quel sottogruppo di elettroni è nera. Il misuratore di consistenza, come dicevo, ha resettato il colore.

Fin qui siamo di fronte a semplici stranezze come ce ne sono tante quando si studia il mondo fisico. La parte sconcertante deve ancora arrivare e arriva quando costruiamo la macchina della figura sotto: un mega-misuratore (foto) che in ingresso (in basso a sinistra) ha un misuratore della consistenza e in uscita (in alto a destra) ha un misuratore del colore. Gli elettroni inseriti vengono sottoposti ad una prima misurazione e poi, attraverso degli specchi, rimbalzano e confluiscono in modo da sottoporsi alla seconda misurazione. Niente di speciale e, per quanto detto prima, dovremmo essere in grado di prevedere i risultati finali. Esempio: se immetto nel mega-misuratore elettroni duri, la macchina della consistenza confermerà la loro durezza (100% duri) e la macchina del colore resetterà la consistenza ripartendoli per colore nel solito modo: 50% bianchi e 50% neri. L'esperimento conferma le aspettative. Bene. Se invece immetto elettroni bianchi, la macchina della consistenza dovrebbe resettare il colore e ripartire per consistenza: 50% duri e 50% teneri. Le due metà, poi, confluiscono rimbalzando sugli specchi nel secondo misuratore che, resettando a sua volta la consistenza, ripartisce equamente per colore: 50% bianchi e 50% neri. L'esperimento smentisce le aspettative: gli elettroni escono dal mega-misuratore al 100% bianchi. Cosa è successo? Ma non finisce qui. Dopo la prima misurazione, come dicevamo, si creano due flussi: 50% duri e 50% teneri. Con un diaframma posso stoppare uno dei due flussi; mi aspetto che, in un caso del genere, usciranno dal mega-misuratore solo il 50% degli elettroni immessi. Infatti è proprio così. Solo che questa volta sono tornate in vigore le regole canoniche, la metà che esce è al 50% composta da elettroni bianchi e al 50% neri. I casini si limitano misurando due flussi alla volta. Agendo sul diaframma le regole vengono rispettate mentre senza diaframma le regole vengono violate. Perché?

Si potrebbe dire che il mega-misuratore non sia neutrale, ovvero che interferisca sugli elettroni, magari attraverso gli specchi. Tuttavia, non chiedetemi perché, oggi siamo certi che non sia così: l'interno del megamisuratore è una camera oscura del tutto neutrale, così come lo sono gli specchi. Si potrebbe dire che i due flussi degli elettroni comunichino tra loro in qualche modo sabotando le nostre aspettative, ma quando e come lo fanno? Il diaframma puo' essere posto ovunque, anche al termine della corsa, e ogni volta, indipendentemente dalla sua posizione, cambia radicalmente l'esito dell'esperimento. In poche parole, l'azione è talmente veloce che un eventuale comunicazione tra i due flussi dovrebbe eccedere la velocità della luce, il che va contro le leggi della fisica. Per questo la comunicazione ipotizzata viene definita come "azione spettrale", perché non puo' avere natura materiale. Ecco, poiché si tratta di un'azione spettrale potremmo ipotizzare l'intervento di spettri o fantasmi ma non mi sembra che gli scienziati siano entusiasti. Si potrebbe dire, ricorrendo al dio tappabuchi della scienza, che si entra in dimensioni differenti mentre noi, potendo misurare solo nella nostra, rimaniamo ingannati. Mmmmmm. Il dio tappabuchi della scienza desta gli stessi sospetti di quello della religione. Se avete la vostra ipotesi questo è il momento di avanzarla.

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UNA TEORIA SBAGLIATA Cercare di interpretare le stranezze della meccanica quantistica mi sembra uno sforzo inane che trasforma gli scienziati in filosofi distraendoli dal loro compito. Ne escono congetture dubbie e difficilmente verificabili con esperimenti. Meglio allora considerarla una teoria fondamentalmente sbagliata che funziona e impegnarsi a sfruttarla al massimo. In questo senso l'interpretazione do Copenhagen IC non è così male purché la si consideri una mera descrizione algoritmica piuttosto che una teoria (Mauldin e altri negano lo status di teoria)

MQ E BUON SENSO Prendiamo la meccanica quantistica, ovvero la prima teoria che tenta una liquidazione del buon senso. Tuttavia, le affermazioni sugli stessi risultati sperimentali da cui tale teoria deriva traggono la loro autorità dal buon senso. Lo stesso Niels Bohr ha sottolineato esattamente questo punto in una delle sue discussioni in cui parla di interpretazione “classica” degli esiti sperimentali (nel suo gergo “classico” equivale a buon senso). In altre parole: la teoria liquida il buon senso per poi recuperarlo quando constata i dati sperimentali.

per il resto vedi voce feedly con huemer e hossenfelder 

https://feedly.com/i/board/content/user/11891599-506c-4fc2-b28b-b840b88888cc/tag/be88f8d7-c744-4284-b62c-46cc4331ac61

per la non località: https://spot.colorado.edu/~huemer/papers/qm3.htm

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Libro del giorno

Ecco i fatti stilizzati in cerca di interpretazione. Li espongo in un "lessico famigliare" e ultra-semplificato. Poiché so di muovermi come un elefante nel negozio di porcellana, le correzioni sono benvenute.

Tieni sempre presente questa scatola che sarà il fulcro dell'esperimento cruciale, reperibile anche qui: http://www.owl232.net/papers/qm.htm

1) Poniamo che ogni elettrone abbia due proprietà che si presentano a coppie. Per esempio "bianco"/"nero" e "pesante"/"leggero".

2) Poi ci sono le scatole (o divisori di fascio). Possono essere tante quante sono le proprietà. Esempio scatola bianca e scatola nera.

3) Come interagiscono scatole e elettroni? In due modi: 1) reazione azzerante e 2) reazione neutrale. Un elettrone bianco in una scatola bianca ha reazioni neutrali, ovvero esce esattamente come è entrato. Una scatola bianca su un elettrone nero ha invece azione azzerante: esce bianco e leggero nel 50% dei casi e bianco e pesante nel 50% dei casi. Strano ma è così, dobbiamo accettarlo.

4) Costruisci uno scatolone "Juve" con l'aiuto di specchi devianti (vedi nei commenti) che abbia all'ingresso una scatola bianca e all'uscita una scatola nera. Se inserisci un elettrone bianco in Juve la prima scatola è neutrale e la seconda azzerante, quindi ti aspetti che esca un elettrone nero leggero nel 50% dei casi e un elettrone nero pesante nel 50% dei casi. La previsione è confermata sperimentalmente. Fin qui tutto bene.

5) Le stranezze cominciano se inserisci elettroni neri: escono da Juve esattamente come sono entrati (per esempio, neri leggeri al 100%). Ti saresti aspettato un primo trattamento azzerante e un secondo di nuovo azzerante, ovvero 50% neri leggeri e 50% neri pesanti. Cosa diavolo è successo?

6) Smonta Juve e ripeti l'inserimento dell'elettrone nero osservando separatamente le due fasi, tutto funziona regolarmente: l'elettrone subisce due trattamenti azzeranti. Rimonta Juve, procedi di nuovo e tornano le stranezze. Se guardi dentro tutto è regolare ma se non guardi tutto torna strano. L'atto stesso di osservare sembra cambiare le cose anche se sai con certezza che non puo' interferire.

7) Come interpretare i fatti. IC (interpretazione di Copenaghen) pensa che se non lo osservi l'elettrone nero che passa la prima scatola non si azzeri ma mantenga una condizione indeterminata tale per cui è bianco e duro (50%) e bianco e leggero (50%). Due condizioni opposte che si presentano contemporaneamente (SOVRAPPOSIZIONE). Quando le sovrapposizioni si ricongiungono, ovvero nella seconda scatola, la condizione dell'elettrone torna quella primigenia, per esempio nero e leggero, ed esattamente così esce dalla seconda scatole che per lui è neutrale. Ripeto, questa è solo un'interpretazione di questi strani fatti.

8) Ma l'indeterminazione, oltre alla sovrapposizione, porta con sè la non-località, un fenomeno talmente strano che scollega in modo netto scienza e senso comune.

9) Esperimento della bomba (il paradosso dell'azione a distanza). Premessa: c'è una bomba che, qualora fosse "viva", esploderebbe a contatto con un fotone. Costruisci adesso uno scatolone Juve (vedi sopra) e sparagli dentro un fotone nero/basso (ovvero destinato al sentiero basso, se non fosse che già all'ingresso viene azzerato). Colloca la bomba sul sentiero basso all'interno dello scatolone Juve in modo tale che, se fosse viva, esplodendo, fungerebbe da segnalatore. Cosa succederà se la bomba fosse "morta"? Bè, in questo caso non funzionerebbe da rilevatore e, in assenza di osservazioni interne, tutto si svolgerebbe come già descritto sopra, nel 100% dei casi il fotone nero/basso uscirebbe da Juve esattamente così come è entrato, ovvero nero e dal sentiero basso basso (vedi punto 5, è strano ma ormai sappiamo che MQ funziona così). E se la bomba è carica? In questo sarebbe un segnalatore e realizzerebbe un'osservazione con conseguente collasso d'onda. Che significa? Innanzitutto che, qualora il fotone "azzerato" dalla prima scatola bianca prendesse la via bassa (probabilità 50%) esploderebbe tutto e morta lì. Qualora il fotone prendesse invece la via alta (50% di probabilità) la bomba attiva interferirebbe comunque come punto di osservazione con la sovrapposizione del fotone in alto impedendo il ricongiungimento e l'uscita tipica visto nel caso della bomba "morta". Secondo IC, lo stato del fotone in alto è bianco indeterminato e, in assenza di ricongiungimento non tornerà nero, su di lui la scatola nera in uscita avrà effetti azzeranti dividendolo al 50% verso l'alto e al 50% verso il basso. Poiché ora percorre la sua via alta già con prob 50% il secondo azzeramento lo divide con prob. 25% e 25%. Questo caso è l'unico che presenterebbe una rilevazione sul sentiero alto in fuoriuscita dallo scatolone Juve. Ergo: quando rilevo un fotone in uscita dalla via alta dallo scatolone Juve so che esiste una bomba attiva nel sentiero basso all'interno dello scatolone stesso. Si tratta di una conoscenza straordinaria perché ottenuta senza alcun contatto con la bomba. E' come se l'informazione mi fosse trasmessa telepaticamente. Tutto cio' è talmente straordinario che potrei anche considerarla una confutazione della teoria di fondo. Potrei dire: come teoria la meccanica quantistica è palesemente sbagliata ma poiché il suo algoritmo funziona bene continuerò ad usarlo.

10) Infine c'è il problema della MISURAZIONE. Misurare trasforma la sovrapposizione descritta dalle equazioni della MQ in qualcosa che ha probabilità 100%. Il comportamento di una cosa "grande", come un rivelatore, dovrebbe derivare dal comportamento delle piccole cose di cui è composto ma non è così. Il postulato della misurazione, insomma, è incompatibile con il riduzionismo, il grande non puo' essere ridotto al piccolo. Tutto cio' rende necessario che la formulazione della meccanica quantistica si riferisca esplicitamente a oggetti macroscopici come i rivelatori, quando in realtà ciò che stanno facendo queste "cose grandi" dovrebbe derivare dalla teoria. Stai implicitamente assumendo che il comportamento di osservatori o rivelatori sia incompatibile con il comportamento delle particelle che compongono gli osservatori o rivelatori. Ciò richiede che tu spieghi quando e come deve essere fatta questa distinzione e nessuno degli approcci sembra riportare successi particolari, anche perché quello soggettivista (o epistemico) caro a Von Neumann e Copenaghen - l'approccio che divide materia e coscienza - è considerato incompleto dai più e le alternative sembrano aggiungere bizzarrie (misteriosi adattamenti darwiniani, presenza di "molti mondi", superdeterminazioni ad hoc...) al sistema di fondo anziché completarlo.

11) Per risolvere il problema della misurazione il SUPERDETERMINISMO sembra a molti un buon candidato, postula che tra osservatore (corpo) e osservato ci sia in realtà una relazione passata tale per cui quando si incontrano succedono tutte quelle stranezze. SI badi bene che in questo modo anche la non-località non sarebbe più un mistero. Insomma, il S, facendo cadere il postulato dell'indipendenza tra osservato e osservatore, toglierebbe le castagne dal fuoco a molti, ma si tratta di un postulato cardine della scienza precedente. Per molti il superdeterminismo, in mancanza di verifiche, non è altro che una "supercospirazione" inventata ad hoc, si può prendere un risultato di misurazione e, usando la legge dell'evoluzione temporale, calcolare lo stato iniziale che avrebbe dato origine a quel risultato stesso. L'universo doveva essere "proprio così" affinché gli sperimentatori. Il termine “proprio così” è invocato per sottolineare che ciò sembra intuitivamente estremamente improbabile. il Superdeterminismo si baserebbe su un'implausibile “cospirazione” di condizioni iniziali. Tim Maudlin è particolarmente spietato con S quando propone questa analogia: “è come la lobby dell'industria del tabacco che sostenga dapprima che il fumo non provoca il cancro poiché c'è una causa comune che predispone sia a voler fumare che a contrarre il cancro, ma poi, di fronte a esperimenti randomizzati sui topi, dove i topi non scelgono certo se fumare o meno, prosegue dicendo che il lancio della moneta per selezionare i gruppi era "superdeterminato" per mettere i topi già predisposti ad ammalarsi di cancro al polmone nel gruppo sperimentale e quelli non predisposti nel gruppo di controllo. Insomma, per l'astrologo tutto è determinato dai corpi celesti e se non possiamo dimostrarlo è solo perché esistono corpi celesti che è molto molto molto difficile osservare e forse impossibile poiché sono fuori dalla nostra portata ma ci influenzano ugualmente con le forze che producono e giungono fino a noi. Il superdeterminista sarebbe una specie di astrologo del mondo infinitesimale. Si badi che, a sua difesa, il superdeterminista puo' sempre dire: cercate i pianeti, pur riconoscendo che la ricerca è difficile e probabilmente impossibile.

12) I fatti della meccanica quantistica sono talmente scollegati dal buon senso che è difficile ottenere una teoria in grado di riconciliare le cose. Francamente, preferisco stare dalla parte del buon senso - anche perché è in base a questa facoltà che interpretiamo i fatti sperimentali - e rinunciare ad una teoria.