La meccanica quantistica è un'approssimazione. Funziona bene in alcuni casi. Non funziona bene in altri.
A volte usiamo la parola "teoria quantistica" per indicare insieme sia la meccanica quantistica sia la teoria dei campi quantistici. E' facile confondersi.
Passare dalla meccanica quantistica alla teoria dei campi quantistici è molto più di una questione nominale. Le teorie quantistiche del campo ereditano molte proprietà dalla meccanica quantistica: entanglement, incertezza, postulato di misurazione. Ma portano nuove intuizioni - e anche nuove difficoltà.
L'intuizione più nota della teoria dei campi quantistici è che le particelle, contrariamente che nella fisica classica, possono essere create e distrutte e che ogni particella ha un'anti-particella. Un'altra conseguenza notevole della teoria dei campi quantistici è che la forza delle interazioni tra particelle dipende dall'energia con cui si sondano le interazioni, un comportamento strano che è noto come "libertà asintotica".
La difficoltà probabilmente più nota delle teorie dei campi quantistici è che molti calcoli necessari alla soluzione di problemi importanti portano all'infinito. L'infinito, tuttavia, non ci consente di dire molto perché non riusciamo a interpretarlo. Per fortuna in molti casi i risultati possono essere trattati con una procedura chiamata "rinormalizzazione", il cui scopo è sottrarre opportunamente l'infinito dall'infinito per ottenere un residuo finito. No, non c'è niente di sbagliato in questo. Funziona bene.
Ma ci sono altre complicazioni. Ad esempio, sappiamo come calcolare cosa succede se due elettroni si urtano l'un l'altro e creano un gruppo di nuove particelle. Questo si chiama "evento scattering". Ma non sappiamo come calcolare cosa succede se tre quark si uniscono e formano un protone. Bene, sappiamo come mettere tali calcoli sui supercomputer in un'approssimazione chiamata "reticolo QCD". Ma davvero non abbiamo buoni strumenti matematici per gestire il caso. Almeno non ancora.
Ma torniamo alla meccanica quantistica. Puoi usare questa teoria per fare previsioni per qualsiasi esperimento in cui la creazione e la distruzione di particelle non hanno un ruolo. Questo è il caso di tutti i tuoi tipici esperimenti di ottica quantistica, test di Bell, crittografia quantistica, computazione quantistica e così via. Non è poco.
Quindi, sì, la meccanica quantistica è tecnicamente sbagliata. È solo un'approssimazione al quadro più completo della teoria dei campi quantistici. Ma come ha riassunto lo statistico George Box "Tutti i modelli sono sbagliati, ma alcuni sono utili". E qualunque siano i tuoi dubbi sulla meccanica quantistica, non si può negare che sia utile.
Supponiamo siate affetti da una grave forma di narcolessia che, senza preavviso, almeno un paio di volte all’anno, vi precipita in un sonno di oltre 24 ore. Ogni volta che vi risvegliate, tra le altre cose, venite a sapere che nel corso della vostra dormita il sole non si è alzato come fa sempre nelle normali giornate. Cosa pensate a proposito di questa strana coincidenza?
1) Che quei buontemponi dei vostri amici vi stanno facendo uno scherzo (eppure si tratta di gente estremamente affidabile).
2) Che il sole vi stia tirando uno scherzo (eppure si tratta di un oggetto sprovvisto di qualsiasi intelligenza).
3) Che Dio ti sta prendendo in giro (eppure non è il tipo).
4) Che è solo una pura coincidenza (... praticamente impossibile)
5) Che quando dormi non ha nessun senso chiedersi se il sole sorge o meno (eppure io trovo che sia sensatissimo).
6) Che lo stato della vostra mente in qualche modo influenza il sole (eppure non credete nel paranormale).
La fisica è una scienza in crisi? Per sempre più persone il suo progresso è stato molto deludente negli ultimi 30 anni. Nonostante il ritmo degli esperimenti si accavalli, nessuna nuova particella, nessuna nuova dimensione, nessuna nuova simmetria... Certo, ci sono alcune anomalie nei dati qua e là, e forse una di queste si rivelerà interessante domani. Ma i fisici sperimentali nella sostanza stanno guardando nel buio da anni.
Forse la realtà è stata già sviscerata a dovere, forse invece una parte del rallentamento si spiega con il nuovo modo di procedere. Esempio: LHC crea un miliardo di collisioni protone/protone al secondo, questi eventi vengono filtrati in tempo reale e scartati a meno che un algoritmo non li reputi “interessanti”. Di solito ne trattiene un centinaio, il rischio di buttare dati fondamentali è alto. Ma soprattutto, con sempre meno dati da spiegare, i teorici si sono rivolti principalmente a standard di “bellezza” per le loro elaborazioni.
Un tempo, invece, il teorico esponeva la sua teoria nella speranza che i dati sperimentali disponibili a posteriori gliela confermassero o meno.
In conformità al nuovo modo di procedere, allo scienziato non si chiede di scommettere la sua reputazione sulle sue teorie ma solo di pubblicare in continuazione lavori con molte citazioni che testimonino in qualche modo l’approvazione dei pari. Nei fatti la carriera di molti si esaurisce in un prolungamento eterno della tesi di dottorato. La pressione è posta soprattutto sul pubblicare e compiacere i colleghi, la qual cosa scoraggia l’innovazione.
C’è chi propone di farla finita con le citazioni per tornare alla sana vecchia “scommessa”. Ma alla scommessa vera, finanziaria. Una specie di “borsa delle teorie scientifiche” in cui si punti sui paper, sullo scienziato singolo, sull’istituto. Perché non sfruttare il potere predittivo dei mercati anche per rivitalizzare una scienza in crisi?
Ma un progetto del genere implica un ritorno al paradigma precedente: l’adattamento ai dati è uno standard molto meno equivoco della “bellezza” quando si tratta di scommettere.
E’ grazie a questi due fattori che la scienza è assurta a grande fama.
Hai voglia a filosofare sul pensiero critico, senza “tecnologia & medicine” non batti chiodo. E’ l’influsso sulle nostre vite che ha conferito prestigio intellettuale alla scienza, non il contrario.
Che poi tutto sto pensiero critico… Nei secoli passati la scienza ha posto alcune ipotesi che col tempo si sono incancrenite fino a diventare dogmi di fede. Ne cito cinque.
1) La realtà è materiale.
2) La realtà funziona come un meccanismo.
3) La materia è “incosciente”, quindi la coscienza è un’illusione.
4) L’evoluzione della vita non ha uno scopo.
5) Le leggi di natura sono statiche.
Sono cinque ma potrebbero essere uno, la loro radice è comune.
Sono dogmi importanti non perché sono un parto degli scienziati ma perché da questi vengono accettati acriticamente come atto di fede, almeno finché frequenta il laboratorio. A volte, il tapino, nemmeno conosce la loro esistenza: è il filosofo scientista che la conosce in sua vece e la proclama.
A un giovane scienziato X viene chiesto di indagare sulle cause materiali di un certo fenomeno. Senza questa indagine… addio medicine, addio tecnologia, addio prestigio intellettuale. Di X ci si fida poiché adotta il metodo scientifico, l’unico veramente rispettato. Ma se le cose stanno così cio’ significa che di fatto si crede solo alle cause materiali. Da qui i dogmi.
Ma il bello è che non si tratta nemmeno di dogmi così evidenti, al contrario, l’atto di fede da fare è ardito.
Di evidente, al contrario, c’è piuttosto l’esistenza della nostra coscienza, dei nostri pensieri. Ma ci viene detto: così non puo’ essere poiché non conforme al dogma, un giorno sarà dimostrata l’illusorietà della coscienza, puoi contarci, cosicché riderai di cio’ che oggi reputi evidente. Intanto aspettiamo, e in questa attesa, curiosamente, siamo invitati a mettere da parte l’evidenza in favore del dogma.
Ma i dogmi della scienza hanno un altro prezzo: la dissociazione mentale di chi vi aderisce. Ecco Patrick Hoggard:
… come neuroscienziato devi essere determinista per forza… devi assumere che ci siano leggi fisiche date a cui il cervello ubbidisce… che tradotto significa: nelle medesime circostanze il cervello fa sempre le stesse cose e non potrebbe fare altrimenti… se non stai in laboratorio con questo assunto ben impresso nella mente combinerai poco… tuttavia, non lascio che questo atteggiamento professionale interferisca nella mia vita privata… lo metto da parte e… per esempio… scelgo tranquillamente il film da vedere sentendomi perfettamente libero di seguire un mio gusto…”
Il dogma non va messo in discussione, a costo di dissociarsi con se stessi.
Ma c’è di più: è la fisica stessa ad aver messo in crisi il “fisicalismo” scoprendo l’indeterminatezza degli eventi fisici.
Dal 1927 sappiamo che la materia interagisce con chi la osserva. Difficile capire come si muove la materia senza tener conto della mente di chi guarda.
E ho proprio detto “mente”, non “corpo”: anche un osservatore disincarnato produrrebbe gli stessi effetti. Una volta eliminato il corpo non so cosa resti di un “osservatore” ma mi sembra che la parola “mente” renda bene l’idea di questo “qualcosa”.
D’altronde, la meccanica quantistica è molto più comprensibile interpretata in termini di pseudo-telepatia che in termini di “corpi che esistono in uno stato indeterminato”. Cosa sono sti “corpi indeterminato” nessuno lo sa. Si tratta di una invenzione concettuale ad hoc. Nella realtà di tutti i giorni una cosa o c’è o non c’è.
Il fatto è che nessuno di noi ha esperienza di “corpi indeterminati” mentre tutti noi sperimentiamo l’azione della mente sulla realtà: se alzo un braccio la causa di questo movimento è la mia intenzione di alzarlo, ovvero la mia mente (o la mia coscienza). Le nostre giornate sono piene di roba del genere, per noi è la regola.
I processi della meccanica quantistica sono ben diversi dall’alzare un braccio, non hanno l’intenzione alla loro base ma la casualità, tuttavia restano interpretabili come interazione mente/corpo, ovvero qualcosa per noi del tutto naturale.
Eppure no. L’interpretazione più naturale è di fatto censurata, bisogna ripiegare sulla cervellotica Copenhagen e sulla sua bizzarra “metafisica dell’indeterminato”. Perché? Perché l’interpretazione più semplice e comprensibile non è conforme al dogma centrale della scienza, in ossequio al quale il soggetto va escluso da ogni resoconto.
Jacques Monod sul punto è stato chiaro: solo caso e necessità possono avere spazio nella scienza, con il caso nelle vesti di dio-tappabuchi per giustificare fenomeni a cui non sappiamo ancora applicare una necessità specifica.
Ecco, probabilmente, la scienza farebbe qualche passo in avanti se solo avesse il coraggio di sacrificare i suoi dogmi ideologici alle evidenze e alla semplicità.
Un libro che esplicita e mette in questione i cinque dogmi della scienza: The Science Delusion: Feeling the Spirit of Enquiry, di Rupert Sheldrake
All' inzio c' era il logos e il logos era presso Dio...
Una variazione possibile: all' inizio era il salto quantico.
Sì, alcuni fisici, per la gioia dei filosofi materialistici (che in genere sono loro stessi), spiegano l' inizio dell' universo con il fenomeno del salto quantico. Il più insigne tra questi personaggi è Stephen Hawkins.
La scienza ormai accetta che nel mondo minuscolo delle micro particelle esistano fenomeni fisici incausati (indeterminati).
Dapprima questa ammissione è stata problematica per i materialisti contrari ad inserire un "fantasma nel marchingegno della natura". Per loro tutto poteva e doveva essere spiegato ricorrendo a cause (materiali) ed effetti.
Ora però alcuni di loro ammettono. Ammettono perché in fondo possono riutilizzare il concetto altrove. In particolare per spiegarsi l' inizio dell' universo. Non avere una causa fisica, infatti, equivale pressapoco ad "essere causati dal nulla". Una creazione dal nulla senza ricorso ad enti metafisici.
Qui però c' è un problema: noi sappiamo che il salto quantico non è determinato fisicamente ma è comunque facilmente prevedibile poiché si realizza in modo strettamente correlato con altri fenomeni fisici.
Questa correlazione è del tutto casuale? Non è detto: in fondo l' assenza di cause fisiche non si traduce necessariamente nella creazione dal nulla ma anche nella possibile presenza di cause metafisiche.
Direi di più: se ci ripugna pensare ad una correlazione tanto stretta come a qualcosa di completamente casuale è molto più semplice assumere cause metafisiche!
Il primo salto quantico ipotizzato come "inizio del tutto" non sarebbe quindi uguale agli altri poiché non correlato ad altri fenomeni fisici; per soddisfare l' ateismo dei materialisti, dovrebbe, diversamente da quelli che osserviamo in natura, essere non correlato e quindi completamente arbitrario. Mi sembra che questa considerazione possa segnalare una difficoltà della teoria, almeno dal punto di vista filosofico.
stephen hawkins e il salto quantistico: secondo i critici, Hawking non spiegherebbe come possa esistere una legge di gravità senza gravi, così come non spiega come sia concepibile una legge di meccanica quantistica che preceda l'universo dato che in realtà lo presuppone. Hawking risponde a queste obiezioni che non c'è bisogno di un Creatore per creare le leggi fisiche, in quanto semplicemente esistono intrinsecamente alla materia/energia (che altrimenti potrebbe non esistere), sempre esistente sotto qualche forma oppure apparsa dal nulla prima di tutto, ma non esistendo allora lo spaziotempo si può dire che essa deriva da un istante senza tempo, un eterno presente, come quello dell'orizzonte degli eventi. Inoltre afferma che probabilmente, seguendo la mentalità scientifica, non esiste l'aldilà, manifestando un'opinione razionalista. Il modo migliore di uscire da queste obiezioni consiste nel postulare molti mondi, di cui il nostro sarebbe una costola. Non a caso H. simpatizza con l'ipotesi many worlds. Senonche si tratta di un'ipotesi speculativa oltreché più complicata (postula l'esistenza di più oggetti inosservabile) rispetto a quella teista.
Nel novecento i fisici hanno esplorato a lungo le meraviglie dei mondo infinitamente piccolo.
E quando dico piccolo intendo proprio piccolo:
Il loro stravagante resoconto non è poi così difficile da rendere ma resta comunque ostico da assimilare. Il profano che si affida mani e piedi all’ intuizione vacilla.
***
Per chi crede che la natura profonda delle cose ci parli di Dio, forse vale la pena fare un piccolo sforzo di concentrazione poiché autorevoli personaggi hanno sostenuto che proprio questa dimensione del reale sia quella più idonea per captare segnali interessanti.
Purtroppo non si puo’ prescindere dal “come”, dal “quando” e dal “perché” dei fenomeni fisici, quindi è necessaria un’ infarinatura generica. Una specie di meccanica quantistica per filosofi.
Di seguito assimilerò gli elettroni a pallineda tennis allo scopo di spiegare (innanzitutto a me stesso) nel modo più intuitivo possibile l’ aspetto sconvolgente della meccanica quantistica.
Consideriamo due proprietà dicotomiche degli elettroni: direzione (x o y) ed effetto (up o down). Diciamo quindi che le palline possono variare per colore (bianca/rossa) e per pelosità (pelosa/pelata).
Gli elettroni possono essere trattati mediante magneti che variano queste proprietà. Diciamo allora che anche le palline possono essere trattate facendo loro attraversare opportune scatole.
Ci sono due tipi di scatole: scatole rosse e scatole bianche.
Se 100 palline bianche entrano in una scatola bianca, usciranno nelle stesse condizioni in cui sono entrate. La scatola bianca è “neutrale” per le palline bianche.
Lo stesso dicasi della scatola rossa per le palline rosse.
Se 100 palline bianche entrano in una scatola rossa, usciranno 50 palline rosse pelose e 50 palline rosse pelate. Questo indipendentemente dalla pelosità delle palline entrate a suo tempo.
Lo stesso dicasi per le palline rosse che entrano in una scatola bianca.
In questi casi avviene una specie di “azzeramento” delle caratteristiche di partenza.
Quando dico che introducendo 100 palline rosse in una scatola bianca ne escono 50 bianche pelose e 50 bianche pelate faccio un’ approssimazione consentitami dalla legge dei grandi numeri. In effetti andrebbe rimarcato il ruolo rivestito dal calcolo probabilistico in queste faccende. Infatti, se introduco una sola pallina rossa pelosa in una scatola bianca, avrò il 50% di probabilità di vedermi uscire una pallina bianca pelosa e il 50% di probabilità di vedermi uscire una pallina bianca pelata.
L’ effetto delle scatole sulle palline trattate è certo perché replicato infinite volte in sede sperimentale.
Ampliamo gli esperimenti e costruiamo adesso uno scatolone in cui inserire delle palline.
Lo scatolone è cosi costruito: all’ ingresso è posizionata una scatola bianca che deve essere attraversata dalle palline introdotte. All’ uscita è posizionata una scatola rossa che deve essere attraversata dalle palline espulse.
Ora introduciamo nello scatolone 100 palline bianche. Come usciranno?
Secondo quanto detto in precedenza la prima scatola dovrebbe essere neutrale mentre la seconda dovrebbe essere azzerante. Dovrebbero quindi uscire 50 palline rosse pelose e 50 palline rosse pelate.
Dando corso all’ esperimento si vedrà che le previsioni saranno confermate in pieno.
Adesso introduciamo nello scatolone 100 palline rosse. Come usciranno?
Secondo quanto detto in precedenza la prima scatola sarà azzerante, la seconda neutrale. Dovrebbero uscire quindi 50 palline rosse pelose e 50 palline rosse pelate.
Dando corso all’ esperimento le previsioni vengono smentite. Infatti, se le 100 palline rosse introdotte erano pelose, verranno espulse 100 palline rosse pelose, quasi che entrambe le scatole posizionate all’ ingresso e all’ uscita dello scatolone fossero entrambe neutrali.
Che strano. Cosa è successo dentro lo scatolone? Dove sta l’ inghippo?
Ammettiamo di poter entrare nello scatolone con una microspia per capire come sono andate le cose là dentro.
In presenza della microspia proviamo di nuovo ad introdurre 100 palline rosse pelose, constateremo che in effetti l’ ingresso è azzerante, ovvero produce all’ interno dello scatolone 50 palline bianche pelose e 50 palline bianche pelate. Ma poi, all’ uscita? Ecco, ora che possiamo vedere le cose con i nostri occhi non noteremo nulla di particolare poiché constateremo che pure l’ uscita è azzerante – proprio come secondo i nostri calcoli iniziali - tanto è vero che escono 50 palline rosse pelose e 50 palline rosse pelate.
La cosa sconcertante è che il secondo esperimento ha dato un esito completamente diverso dal primo anche se si tratta dello stesso identico esperimento, salvo che il secondo lo abbiamo osservato dall’ interno con una microspia.
Insomma, se osserviamo come vanno le cose all’ interno dello scatolone, tutto si svolgerà secondo le regole generali. Se invece trascuriamo di osservare come vanno le cose all’ interno dello scatolone avremo l’ eccezione descritta in precedenza.
I fatti sono questi e sono talmente accertati che ormai nessuno più li mette in dubbio. Si tratta solo di darne un’ interpretazione.
IC (interpretazione di Copenhagen) ci chiede di immaginare che le 100 palline rosse, una volta introdotte nello scatolone, assumano la condizione di [palline bianche pelose “o” palline bianche pelate] il che significa che all’ interno dello scatolone, in assenza dell’ osservatore, non ci saranno né [palline bianche pelose] né [palline bianche pelate] ma solo, come detto, palline [bianche pelose “o” bianche pelate].
Per le palline è una condizione metafisica un po’ strana che chiameremo “indeterminata”. Nel mondo fisico esisterebbero dunque realtà indeterminate.
La [pallina bianca pelosa “o” pallina bianca pelata] diventa a tutti gli effetti una [pallina bianca pelosa] o una [pallina bianca pelata] solo nel momento in cui con i nostri strumenti andiamo materialmente ad osservare le sue caratteristiche.
La determiniamo prendendole le misure.
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La logica di IC è leggermente diversa da quella classica. Nella logica classica [A o B] è incompatibile con [né A né B] mentre nella logica quantistica le due proposizioni possono andare tranquillamente a braccetto.
Fatta questa precisazione, in sé abbastanza sconcertante anche se formalmente poco rilevante, la logica classica continua a valere per tutto il resto.
E’ sbagliato quindi ritenere che la meccanica quantistica con i suoi “salti” sia una teoria che al suo interno tollera delle incoerenze. E’ invece una teoria perfettamente coerente.
I problemi logici compaiono semmai dovendo riconciliare la fisica delle particelle con la fisica tradizionale (teoria della relatività). Non si capisce bene come due teorie tanto diverse possano mai convivere in una teoria del tutto, ma questo è un altro discorso.
IC è un’ interpretazione possibile ma non l’ unica. Bohm, per esempio, offre un’ alternativa
Per farla breve, Bohm ci chiede di immaginare alcune particelle in continuo spostamento tra le palline. Secondo il fisico tedesco la presenza di un osservatore altererebbe in qualche modo l’ azione di questi corpuscoli di collegamento producendo le bizzarrie osservate.
Purtroppo l’ interpretazione di Bohm non è molto pratica e come sempre succede in queste diatribe un po’ fumose la soluzione più pratica è sempre quella vincente.
Con Bohm c’ è un altro inconveniente: considerando che le palline si muovono a una velocità vicina a quella della luce, le particelle di collegamento si dovrebbero muovere a una velocità ancora superiore, il che si concilia male con la teoria della relatività. Poco male, dirà qualcuno, tanto anche IC è incompatibile con la relatività. Ok, ma perché infierire?
Il credente puo’ essere messo in crisi dalla meccanica quantistica? Lo chiedo perché c’ è chi ritiene che una scoperta scientifica metta automaticamente in crisi i credenti, i quali arrancano dietro alla scienza con la lingua di fuori.
Ma non parlo qui dello spiazzamento intellettuale che sente qualsiasi persona assennata al solo apprendere dell’ esistenza di realtà tanto bizzarre.
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Ci sono in effetti dei motivi per paventare una crisi di fede. La fisica quantistica fa largo uso del calcolo probabilistico, qualcosa che in ambiti più tradizionali viene contrapposto alle leggi di natura.
Quello di “legge di natura” è un concetto caro ai credenti poiché introduce in ambito scientifico un elemento che trascende la materialità del fatto bruto: la “legge di natura” che governa la materia ha qualcosa di rassicurante.
La probabilità sembra essere l’ alternativa alla legge naturale. Nella vita di tutti i giorni usiamo le probabilità per individuare a spanne delle regolarità che ci potrebbero essere utili.
Consideriamo il ricorso alle probabilità come un metodo empirico per sopperire pragmaticamente all’ assenza o alla mancata conoscenza di una legge naturale.
Tanto è vero che nella fisica classica si ripiega sulle probabilità per fare delle previsioni quando non possediamo informazioni sufficienti per applicare le rigorose leggi naturali.
Ma nella fisica quantistica le cose non stanno così, qui il calcolo probabilistico descrive perfettamente una realtà di cui possediamo informazioni complete.
Nel mondo delle particelle subatomiche è la realtà stessa a essere “probabilistica” e non tanto la nostra conoscenza della realtà. In questo senso la probabilità cessa di essere “un metodo empirico” per divenire una caratteristica della realtà. In ultima analisi possiamo continuare a parlare di “leggi naturali” anche in assenza di previsioni deterministiche salvando così un concetto caro ai credenti.
Per un altro verso le leggi della meccanica quantistica possono confortare la fede.
Non direttamente, non suggeriscono infatti alcuna prova dell’ esistenza di Dio. Ma indirettamente, mettendo in crisi il materialismo, ovvero la filosofia che più si oppone alla fede.
Per la filosofia atea del materialismo tutta la realtà è un sistema chiuso riducibile a un’ interazione tra elementi materiali, non c’ è spazio per entità trascendenti come l’ anima, il libero arbitrio eccetera. Noi siamo delle “macchine di carne”.
La meccanica quantistica introduce una variabile impazzita che fa saltare il “sistema chiuso” dei materialisti rendendo la loro filosofia incompatibile con le leggi della fisica. L’ idea che una realtà possa essere descritta esclusivamente in termini materialistici non regge più. Eugene Wigner e Rudolf Peierls sono stati espliciti sull’ argomento.
Il fatto è che concetti come “realtà indeterminata” e “salto quantico”, così decisivi nel descrivere adeguatamente il mondo microscopico, non possono fare a meno di una figura come quella dell’ “osservatore”. L’ “infarinatura” dovrebbe averlo chiarito.
Ma il concetto di “osservatore” è necessariamente trascendente o puo’ essere sostituito con una realtà inanimata? Per esempio, perché non utilizziamo un contatore Geiger per rilevare le misurazioni?
Risponde von Neumann: se l’ “osservatore” fosse una semplice entità fisica, per esempio un contatore Geiger, potrei in linea di principio ricavare a tavolino una complessa funzione d’ onda in grado di descrivere l’ intero sistema fisico (osservato + osservatore) e poi risolverla secondo le equazioni di Schrodinger senza produrre “salti quantistici”. Morale: se fossero coinvolte solo realtà materiali, allora non possono essere riprodotti i caratteristici “salti” della meccanica quantistica. Se ne ricava che i salti quantici esistono in virtù di un “osservatore” trascendente.
Nella sezione precedente ho accennato al fatto che nell’ IC è la realtà stessa a essere probabilistica. Ora possiamo aggiungere che il concetto di probabilità richiama quello di soggettività. Nell’ IC la realtà subatomica non puo’ essere pensata e descritta in modo rigoroso senza incorporare un soggetto che la osservi e la misuri.
Ora, per il materialista c’ è solo un modo di sfuggire alla necessità di introdurre un osservatore trascendente: postulare l’ esistenza di infiniti mondi. Le famose “sliding doors”.
Per farla breve, se la matematica della fisica quantistica è corretta e se lo è anche la filosofia materialistica, allora esistono necessariamente infiniti mondi.
Ma un’ ipotesi del genere è piuttosto forte, un fardello non da poco.
Chi puo’ evitarlo la evita volentieri, peccato che il materialista non possa farlo.
Tutto cio’ sembrerebbe deporre in favore delle filosofie non materialiste, le uniche in grado di avvalersi dell’ interpretazione tradizionale (IC). Respingendo il materialismo sarà infatti più facile accettare che non tutto si riduce a materia in movimento.
Chiudo con una classica domanda da lasciare a penzoloni: ma se la mente umana trascende la materia che osserva non potrebbe esistere una mente che trascende l’ intero universo?
La fisica quantistica non risponde certo a una domanda del genere ma la rende particolarmente sensata. Il che non è poco.
Lo strano comportamento delle particelle subatomiche puo’ far pensare a forme di creazione ex nhilo?
Per il credente sarebbe un problema, lui attribuisce al suo Dio il monopolio nel settore “creazioni ex-nhilo”.
C’ è stato chi ha visto nel “salto quantico” una forma di creazione autonoma della materia. Una “creazione” senza Dio.
Se non sbaglio il famoso scienziato Stephen Hawking, nel solco dei lavori di E. P. Tryon, ha ipotizzato qualcosa del genere.
Secondo E. P. Tryon potremmo assimilare il nostro universo a quei singolari fenomeni che accadono di quando in quando e che oggi possiamo osservare a livello microscopico. Anche nel vuoto, infatti, esiste un certo “fermento quantistico”, particelle fugaci con un bilancio energetico pari a zero che vanno e vengono senza che si sappia bene da dove spuntino.
Se anche l’ universo che abitiamo ha un bilancio energetico pari a zero potrebbe essere il frutto di un “oscillazione” del genere.
Creazione dal nulla?
Purtroppo non ho ben capito nemmeno io quello che ho scritto e sicuramente la cosa depone a mio sfavore ma forse un pochino anche a sfavore della teoria. Ovvero: non esiste proprio qualcosa di più semplice? E’ davvero necessario spingersi tanto oltre nelle elucubrazioni inverificabili?
Scherzi (fino a un certo punto) a parte, ci sono almeno un paio di problemini. Innanzitutto quel “nulla” è come minimo uno spazio ben strutturato poiché deve risultare composto da campi definiti, per quanto a bassissimo livello energetico.
E poi, come potremmo rendere conto del nostro particolare universo in questo modo? Difficilmente vedremo mai emergere la vita in questa maniera. E allora? Rinviamo tutto al puro caso?
L’ unica alternativa è ipotizzare che il singolare fenomeno si sia ripetuto miliardi di volte creando miliardi di universi differenti cosicché il nostro sarebbe spiegabile come un tentativo “riuscito” tra i tanti “falliti”.
Ci sono parecchi “se” e “ma” che rendono la speculazione ardita. Forse esiste davvero qualcosa di meglio.
***
P.S.
Il post, diversamente dai precedenti, non è costituito da appunti presi a latere di una lettura specifica. Mi sono invece temporaneamente appassionato all’ argomento e questo interesse mi ha fatto saltabeccare a seconda delle esigenze da uno scritto all’ altro.
Sono partito da una vecchio pezzo di Michael Huemer, Quantum Mechanics for Philosophers.
Per le questioni di logica quantistica ho rispolverato un vecchio testo di Michael Dummett: Le basi logiche della metafisica.
Naturalmente non poteva mancare il classico di Werner Heisenberg: Indetrminazione e realtà.
Ma più di tutto mi ha appassionato il saggio di Stephen Barr: La fisica quantistica facilita la fede in Dio?
Per le speculazioni di Stephen Hawking e E. P. Tryon mi sono rifatto a un vecchio testo di John Leslie: Universes. Spero che gli aggiornamenti apportati dallo scienziato inglese nei lavori più recenti non siano decisivi.
Chiunque non resti sconcertato di fronte alla meccanica quantistica significa che non l' ha capita
Nils Bohr
In vita mia non penso di aver mai incontrato qualcuno che abbia compreso la meccanica quantistica
Richard Feynman
Puo' darsi che tanto scetticismo sia dovuto al fatto che una teoria del genere è molto più facile da capire considerandola "sbagliata". Di solito invece ci si approccia ad essa credendola corretta e questo moltiplica le trappole. Eppure Einstein, nel respingerla, diede una chiara illustrazione di quale colabrodo fosse.
Prendiamo i fotoni Giovanni e Giacomo.
Giovanni e Giuseppe confabulano fittamente in una stanza, ma cosa si diranno? A un certo punto escono prendendo direzioni opposte finché ciascuno dei due si trova di fronte a una porta socchiusa. A questo punto, a seconda di come gira, potranno impartire due ordini: 1. "apriti Sesamo" o 2. "chiuditi Sesamo", la porta (Sesamo) eseguirà. Fine della storiella.
Eseguita questa piccola azione, i due tornano nella stanza per consultarsi e tessere altre misteriose strategie, dopodiché escono di nuovo, di nuovo incontrano una porta e di nuovo impartiscono il loro ordine all' apparenza casuale per poi rientrare nella stanza e ricominciare tutto daccapo ripetendo la sequenza infinite volte.
Ah, dimenticavo: il colore della porta che incontrano varia, puo' essere bianco, rosso o nero ma una cosa deve essere chiara, non puo' essere conosciuto in partenza e nemmeno si puo' dire in partenza se i due incontreranno porte del medesimo colore, puo' capitare, ma non è detto. La cosa è importante perché una volta fuori dalla stanza, forse non l' ho precisato, Giovanni e Giuseppe non hanno più alcun modo di comunicare tra loro.
Giovanni e Giuseppe giocano il loro gioco in continuazione sotto l' occhio vigile di molti osservatori incuriositi, costoro via via che le cose si ripetono, notano una regolarità: ogni volta che Giovanni e Giuseppe incontrano una porta dello stesso colore impartiscono il medesimo ordine. Senonché non è possibile stabilire a priori quale ordine sia: nel 50% dei casi è "apriti Sesamo", nel restante 50% è "chiuditi Sesamo", l' unica cosa che sappiamo per certo è che l' ordine sarà sicuramente il medesimo. (*).
A questo punto gli osservatori vogliono capire cosa si dicono Giovanni e Giuseppe di tanto interessante quando sono nella stanza. Cosa consente di sincronizzare in questo modo le loro azioni una volta fuori e scollegati?
Fioccano le ipotesi più strampalate, finché un gruppetto di Copenhagen vuole dire la sua. Sembra un intervento irrilevante ma lo segnalo perché di lì a poco, sembra incredibile, diverrà la versione standard di quanto accade. Secondo i ragazzi di Copenhagen, Giovanni e Giuseppe nella stanza concordano semplicemente di dare "lo stesso" ordine una volta di fronte alla porta, poniamo, di colore bianco. Solo che evitano di stabilire a priori quale sia l' ordine. Lo stabiliranno in seguito, quando si troveranno effettivamente faccia a faccia con la porta bianca e lo faranno tirando una monetina. Fine della spiegazione.
Vi sembra una strategia in grado di produrre i comportamenti osservati? Secondo Einstein è una spiegazione del cavolo. Mia nonna avrebbe usato espressioni ancor più colorite. Una parte dei ragazzi di Copenhagen si giustificò dicendo che la loro spiegazione non sta in piedi per il semplice fatto che non vuole affatto essere una spiegazione, ha altri scopi. Un' altra parte disse che, sì, ok, la spiegazione fornita è illogica ma in fondo basta cambiare le leggi della logica per raddrizzare le mura a un edificio così sbilenco. Tanto per iniziare dovremmo convincerci di abitare in un mondo in cui esistono oggetti che possono essere "o bianchi o neri" senza essere "né bianchi né neri".
Chi ha seguito con un minimo di attenzione avrà capito che Einstein sembra proprio uscirne come vincitore morale. D' altronde, l' esperimento con Giovanni e Giuseppe fu ripetuto più volte e i dati confermati, su questo è difficile trovare osservatori dissenzienti. E poi non parliamo di uno qualunque ma di un tale che, in altri contesti, è stato sempre in grado di decriptare alla perfezione le strategie più cervellotiche messe in campo da tipi come Giovanni e Giuseppe. Un vero campione, la sua teoria della relatività è un traduttore universale, anche se nel caso specifico sembrava incepparsi. Poco male, pensava il tedesco, probabilmente operano variabili nascoste che prima o poi verranno alla luce svelando la strategia misteriosa, basta che non mi si venga a dire che non esiste una strategia-spiegazione della faccenda.
A questo punto, colpo di scena: entra in campo il Signor John Stuart Bell che, con il suo teorema, dimostra l' inesistenza di una strategia attraverso la quale Giovanni e Giuseppe possano mai sincronizzare i loro comportamenti al fine di modularli su quelli osservati. Quel che si dicono è destinato a restare misterioso, e comunque non sono affatto intenti a tessere strategie. Einstein, di fronte a una dimostrazione tanto peritosa, si rassegna: anche la sua teoria della relatività è sbagliata. Tra due teorie sbagliate non ci resta che il pragmatismo: pescare di volta in volta quanto c' è utile sul momento.
(*) non si tratta dell' unica regolarità; se, per esempio, uno incappa in una porta nera e l' altro in una porta bianca, la probabilità di impartire lo stesso ordine scende, ma scende con precisione chirurgica da 100% a 75% (e non 76%!). Mi ritengo esonerato dall' esplorare ulteriori combinazioni che pure esistono.
La meccanica quantistica produce scatole magiche: se ci guardi dentro tutto è
ok, ma se non guardi… Un po’ come le mucche di Larssen che fumano e parlottano
tra loro quando non passano le auto per la strada ma appena ne arriva una si
ammutoliscono e scendono a quattro zampe a brucare l’ erba.
Rogole generali:
1 se un fotone x spin up (o down) ed entra in un box x uscirà come x spin up (o down).
2. se un fotone è y spin up ed entra in un box x uscirà x spin up o down (50/50).
3. x e y sono dunque irrelati, ovvero misurare un fotone y con un misuratore di x resetta lo spin originale attribuendone uno random e trasformando il fotone y in fotone x.
LO STRANO ESPERIMENTO (EINSETIN CONFERENZA SOLVAY)
Domanda: sapendo cosa butti nella macchina quantistica (costruita come nella figura) puoi dire cosa uscirà?
Ipotesi 1: alimentiamo la macchina con X SPIN UP; esito: 50/50 percorso A o B (confermate le aspettative).
Ipotesi 2: alimentiamo la macchina con Y SPIN UP; esito: 100% A. Negate le aspettative!!??? Cosa è successo?
Indagando l' ipotesi due (alquanto strana) poniamo di poter vedere "dentro" la scatola quantica per misurare cosa sia successo (come si è trasformato il fotone Y (UP O DOWN) che abbiamo immesso e che è uscito violando regole ben stabilite da altri esperimenti?
Per la verifica procedete in questo modo: inserire Y SPIN UP murando (o misurando con un "elettrone indicatore") il percorso basso (quello dopo il primo trattamento al primo ingresso); esito: x 50/50. Tutto regolare, ipotesi confermate. Il mistero si infittisce.
Anche verificando il secondo trattamento in modo isolato tutto regolare: y 50/50.
Morale: misurare fa mutare comportamento; se "osserviamo" dentro la scatola il comportamento cambia in assenza certa di interferenze materiali (impossibili perché richiederebbero un corpo dai movimenti più veloci della luce).
Soluzione QM: il fotone y che entra nel box x (non osservato) non assume un valore X, a meno che questo valore non venga misurato (o murato). Non avendo uno stato x determinato puo’ mantenere le sue determinazioni y.
Soluzione Bohm: il fotone y che entra nel box si divide e si riunifica poi in y. Se non si riunifica a causa del muro, il rimanente è particella neutrale.
Soluzione telepatica: la mente dell'osservatore muta i valori di Y e le leggi base.
Se dico di sentirmi "libero" come una libellula c' è sempre qualcuno che s' inalbera.
Non ci credo! Ci credo io e cio' è sufficiente.
Ma la cosa non quadra dal punto di vista logico! Dici?
Come concili le tue libertà con le eventuali leggi deterministiche della fisica? Non sono mica un materialista.
Come concili la tua libertà con un mondo fisico a causalità chiusa? Calma, ascolta questa storiella e vedrai come fiorisce un bel bouquet di "io" tutti soli soletti e con tanto di libertà allegata.
Nessuna anomalia sperimentale!
Difficile pensare ad un' evoluzione scientifica nel campo della meccanica quantistica, molto più probabile un' evoluzione concettuale. L' ermeneutica sì che è una pentola che non smette mai di borbottare.
Se il mainstream è "Copenaghen" poi, poveri noi.
"Copenaghen" più che un' interpretazione è una rinuncia ad interpretare; più che un tentativo, una resa. Eddai, chi non vede l' ora di "mollare" Bhor e compagni per qualcosa di meglio?
Perchè allora non vedere la teoria come determinata: per desumere lo stato del mondo basta l' equazione di Schrödinger, ovvero una formula perfettamente determinata in assenza del "postulato osservativo".
DOMANDA: ma l' equazione di Schrödinger assume talvolta valori differenti e simultanei; eppure io non vedo certo davanti a me mondi differenti e simultanei!
RISPOSTA: perchè "io" ho una sola mente, gli altri mondi sono percepiti da altre menti che non sono più mie.
DOMANDA: Ma perchè "io" viaggio seguendo proprio quella traettoria di stati mentali e non un' altra tra le molte possibili?
RISPOSTA: E che ne so. Mistero.
Vogliamo mettercela qui la libertà? Vogliamo infilarlo qui un demonietto? Vogliamo usarlo per tappare questo gap?
Controintuitivo? Il mondo vi scappa via dalla testa? E cosa c' è più di intuitivo nella meccanica quantistica?
[... non viquadra qualcosa sul piano della fisica? Citofonare Hugh Everett... non vi quadra qualcosa dal punto di vista filosofico? Citofonare David Chalmers...]
CHE STRANO: un posticino per la libertà ce lo trovo giusto se sono disposto ad interpretare come "determinata" la legge fisica "indeterminata" per eccellenza.
