Meccanica quantistica: come il futuro potrebbe influenzare il passato

Nel 2022, il premio Nobel per la fisica è stato assegnato per il lavoro sperimentale che ha dimostrato che il mondo quantistico deve infrangere alcune delle nostre intuizioni fondamentali su come funziona l’universo.

Molti guardano a quegli esperimenti e concludono che sfidano la “località” – l’intuizione che oggetti distanti hanno bisogno di un mediatore fisico per interagire. E in effetti, una misteriosa connessione tra particelle distanti sarebbe un modo per spiegare questi risultati sperimentali.

Altri invece pensano che gli esperimenti sfidino il “realismo” – l’intuizione che c’è uno stato di cose oggettivo alla base della nostra esperienza. Dopotutto, gli esperimenti sono difficili da spiegare solo se si pensa che le nostre misurazioni corrispondano a qualcosa di reale. Ad ogni modo, molti fisici concordano su quella che è stata chiamata “la morte per esperimento” del realismo locale.

Ma cosa succede se entrambe queste intuizioni possono essere salvate, a scapito di un terzo? Un crescente gruppo di esperti pensa invece che dovremmo abbandonare l’assunto che le azioni presenti non possano influenzare gli eventi passati. Chiamata “retrocausalità“, questa opzione pretende di salvare sia la località che il realismo.

Causa

Che cos’è comunque la causalità? Cominciamo con la frase che tutti conoscono: correlazione non è causalità. Alcune correlazioni sono causali, ma non tutte. Qual è la differenza?

Considera due esempi.

(1) C’è una correlazione tra l’ago di un barometro e il tempo – ecco perché impariamo a conoscere il tempo guardando il barometro. Ma nessuno pensa che l’ago del barometro stia causando il tempo.
(2) Bere caffè forte è correlato a un aumento della frequenza cardiaca. Qui sembra giusto dire che il primo sta causando il secondo.

La differenza è che se “muoviamo” l’ago del barometro, non cambieremo il tempo. Il tempo e l’ago del barometro sono entrambi controllati da una terza cosa, la pressione atmosferica, ecco perché sono correlati. Quando controlliamo noi stessi l’ago, interrompiamo il collegamento con la pressione dell’aria e la correlazione scompare.

Ma se interveniamo per modificare il consumo di caffè di qualcuno, di solito cambiamo anche la sua frequenza cardiaca. Le correlazioni causali sono quelle che sono ancora valide quando muoviamo una delle variabili.

In questi giorni, la scienza della ricerca di queste robuste correlazioni è chiamata “scoperta causale“. È un nome importante per un’idea semplice: scoprire cos’altro cambia quando muoviamo le cose intorno a noi.

Nella vita ordinaria, di solito diamo per scontato che gli effetti di un movimento si manifesteranno più tardi del movimento stesso. Questo è un presupposto così naturale che non ci accorgiamo che lo stiamo facendo.

Ma nulla nel metodo scientifico richiede che ciò accada, ed è facilmente abbandonato nella narrativa fantasy. Allo stesso modo in alcune religioni, preghiamo che i nostri cari siano tra i sopravvissuti al naufragio di ieri, per esempio. Immaginiamo che qualcosa che facciamo ora possa influenzare qualcosa in passato. Questa è retrocausalità.

Quantum retrocausality

La minaccia quantistica alla località (che gli oggetti distanti hanno bisogno di un mediatore fisico per interagire) deriva da un’argomentazione del fisico nordirlandese John Bell negli anni ’60. Bell ha considerato esperimenti in cui due ipotetici fisici, Alice e Bob, ricevono ciascuno particelle da una fonte comune. Ciascuno sceglie una delle diverse impostazioni di misurazione, quindi registra un risultato della misurazione. Ripetuto molte volte, l’esperimento genera un elenco di risultati.

Bell si rese conto che la meccanica quantistica prevede che ci saranno strane correlazioni (ora confermate) in questi dati. Sembravano implicare che la scelta dell’ambientazione di Alice avesse una sottile influenza “non locale” sull’esito di Bob, e viceversa – anche se Alice e Bob potrebbero essere distanti anni luce. Si dice che l’argomentazione di Bell rappresenti una minaccia per la teoria della relatività ristretta di Albert Einstein, che è una parte essenziale della fisica moderna.

Ma questo perché Bell ha ipotizzato che le particelle quantistiche non sappiano quali misure incontreranno in futuro. I modelli retrocausali propongono che le scelte di misurazione di Alice e Bob influenzino le particelle alla fonte. Questo può spiegare le strane correlazioni, senza rompere la relatività ristretta.

In un recente lavoro, hanno proposto un semplice meccanismo per la strana correlazione: coinvolge un fenomeno statistico familiare chiamato bias di Berkson (vedi il riassunto qui).

Ora c’è un fiorente gruppo di studiosi che lavora sulla retrocausalità quantistica. Ma è ancora invisibile ad alcuni esperti nel campo più ampio. Viene confuso con una visione diversa chiamata “superdeterminismo“.

Superdeterminismo

Il superdeterminismo concorda con la retrocausalità sul fatto che le scelte di misurazione e le proprietà sottostanti delle particelle sono in qualche modo correlate.

Ma il superdeterminismo lo tratta come la correlazione tra il tempo e l’ago del barometro. Presuppone che ci sia una terza cosa misteriosa – un “superdeterminatore” – che controlla e correla sia le nostre scelte che le particelle, nel modo in cui la pressione atmosferica controlla sia il tempo che il barometro.

Quindi il superdeterminismo nega che le scelte di misurazione siano cose che siamo liberi di muovere a nostro piacimento, sono predeterminate. Le oscillazioni libere spezzerebbero la correlazione, proprio come nel caso del barometro. I critici obiettano che il superdeterminismo mina così i presupposti fondamentali necessari per intraprendere esperimenti scientifici. Dicono anche che significa negare il libero arbitrio, perché qualcosa sta controllando sia le scelte di misurazione che le particelle.

Queste obiezioni non si applicano alla retrocausalità. I retrocausalisti fanno scoperte causali scientifiche nel solito modo libero e sinuoso. Diciamo che sono le persone che respingono la retrocausalità che dimenticano il metodo scientifico, se rifiutano di seguire l’evidenza dove essa conduce.

Prova

Qual è la prova della retrocausalità? I critici chiedono prove sperimentali, ma questa è la parte facile: gli esperimenti pertinenti hanno appena vinto un premio Nobel. La parte difficile è mostrare che la retrocausalità fornisce la migliore spiegazione di questi risultati.

Abbiamo menzionato il potenziale per rimuovere la minaccia alla relatività ristretta di Einstein. Questo è un suggerimento piuttosto grande, a nostro avviso, ed è sorprendente che ci sia voluto così tanto tempo per esplorarlo. La confusione con il superdeterminismo sembra principalmente da biasimare.

Inoltre, alcuni scienziati hanno sostenuto che la retrocausalità rende meglio il senso del fatto che il micromondo delle particelle non si preoccupa della differenza tra passato e futuro.

Non intendiamo dire che è tutto a posto. La più grande preoccupazione per la retrocausalità è la possibilità di inviare segnali al passato, aprendo la porta ai paradossi del viaggio nel tempo. Ma per fare un paradosso, l’effetto nel passato deve essere misurato. Se la nostra giovane nonna non può leggere i nostri consigli per evitare di sposare il nonno, il che significa che non verremmo a esistere, non c’è paradosso. E nel caso quantistico, è risaputo che non possiamo mai misurare tutto in una volta.

Tuttavia, c’è del lavoro da fare nell’ideare modelli retrocausali concreti che impongano questa restrizione che non puoi misurare tutto in una volta. Quindi chiuderemo con una cauta conclusione. In questa fase, è la retrocausalità che ha il vento in poppa, quindi lanciati verso il premio più grande di tutti: salvare la località e il realismo dalla “morte per esperimento”.