È difficile scuotere l’intuizione che là fuori ci sia un mondo fisico di realtà oggettiva. Se vedo un ombrello in cima a uno scaffale, presumo che lo vedi anche tu. E se non guardo l’ombrello, mi aspetto che rimanga lì finché nessuno me lo ruba. Ma la teoria della meccanica quantistica, che governa il micromondo di atomi e particelle, minaccia questa visione del senso comune.
Il quarto episodio dei Grandi misteri della fisica riguarda lo strano mondo della meccanica quantistica.
Secondo la teoria quantistica, ogni sistema, come una particella, può essere descritto da una funzione d’onda, che evolve nel tempo. La funzione d’onda consente alle particelle di contenere molteplici caratteristiche contraddittorie, come trovarsi in diversi luoghi contemporaneamente: questa è chiamata sovrapposizione. Ma stranamente, questo accade solo quando nessuno sta guardando.
Sebbene ogni posizione potenziale in una sovrapposizione abbia una certa probabilità di apparire, nel momento in cui la osservi, la particella ne sceglie una a caso, rompendo la sovrapposizione. I fisici spesso si riferiscono a questo come al collasso della funzione d’onda. Ma perché la natura dovrebbe comportarsi diversamente a seconda che stiamo guardando o no? E perché dovrebbe essere casuale?
Non tutti sono preoccupati. “Se vuoi spiegare tutto ciò che possiamo osservare nei nostri esperimenti senza casualità, devi passare attraverso alcune spiegazioni davvero strane e prolisse con cui mi sento molto più a disagio”, sostiene Marcus Huber, professore di informazioni quantistiche presso il Technical Università di Vienna. E infatti, puoi sbarazzarti della casualità se accetti che il futuro può influenzare il passato, che c’è più di un risultato per ogni misurazione o che tutto nell’universo è predeterminato dall’alba dei tempi.
Un altro problema è che la meccanica quantistica sembra dare origine a fatti contraddittori. Immagina una scienziata, Lisa, all’interno di un laboratorio che misura la posizione di una particella. Prima che il suo collega, Nikhil, bussi alla porta del laboratorio e le chieda quale risultato ha visto, misurerebbe Lisa come se si trovasse in una sovrapposizione di entrambi i rami: uno dove vede la particella qui e uno dove vede la particella là. Ma allo stesso tempo, Lisa stessa potrebbe essere convinta di avere una risposta precisa su dove si trova la particella.
Ciò significa che queste due persone diranno che lo stato della realtà è diverso – avrebbero fatti diversi su dove si trova la particella.
Ci sono anche altre stranezze sulla meccanica quantistica. Le particelle possono essere entangled in un modo che consente loro di condividere in qualche modo le informazioni istantaneamente anche se sono distanti anni luce, per esempio. Ciò sfida un’altra intuizione comune: che gli oggetti hanno bisogno di un mediatore fisico per interagire.
I fisici hanno quindi discusso a lungo su come interpretare la meccanica quantistica. È una descrizione vera e obiettiva della realtà? In tal caso, cosa succede a tutti i possibili risultati che non misuriamo? L’interpretazione dei molti mondi sostiene che accadono, ma in universi paralleli.
Un’altra serie di interpretazioni, nota collettivamente come interpretazione di Copenaghen, suggerisce che la meccanica quantistica è in una certa misura un manuale per l’utente piuttosto che una perfetta descrizione della realtà. “Le interpretazioni di Copenhagen ciò che condividono è almeno un parziale passo indietro rispetto all’obiettivo descrittivo in piena regola della fisica”, spiega Chris Timpson, filosofo della fisica all’Università di Oxford. “Quindi lo stato quantico, questa cosa che descrive queste adorabili sovrapposizioni, è solo uno strumento per fare previsioni sul comportamento degli scenari di misurazione macroscopica.”
Ma perché non vediamo l’effetto quantistico su scala umana? Chiara Marletto, fisica quantistica presso l’Università di Oxford, ha sviluppato una meta-teoria chiamata teoria del costruttore che mira a comprendere tutta la fisica basata esclusivamente su semplici principi su quali trasformazioni fisiche nell’universo sono in definitiva possibili, quali sono impossibili e perché.
Spera che possa aiutarci a capire perché non vediamo effetti quantistici su scala macroscopica degli esseri umani. “Non c’è nulla nelle leggi della fisica che dica che è impossibile avere effetti quantistici alla scala di un essere umano”, dice. “Quindi o scopriamo un nuovo principio che dice che sono davvero impossibili – il che sarebbe interessante – o in assenza di ciò, è più una questione di provare più duramente a creare le condizioni in laboratorio per ottenere questi effetti”.
Un altro problema con la meccanica quantistica è che non è compatibile con la relatività generale, che descrive la natura sulla scala più grande. Marletto sta usando la teoria dei costruttori per cercare di trovare modi per combinare i due. Ha anche escogitato alcuni esperimenti che potrebbero testare tali modelli e escludere certe interpretazioni della meccanica quantistica.
Autore
Miriam Frankel, Theconversation Chiara Marletto, Christopher Timpson, Marcus Huber
