Cosa c’è che non va nella Meccanica Quantistica?

Già: cosa c’è che non va? E c’è davvero qualcosa che non va? In questo post riassumeremo e ripeteremo alcuni concetti base già discussi in passato, ma è utile farlo per introdurre correttamente il problema.

Come abbiamo già visto molte volte, la Meccanica Quantistica è una teoria di eccezionale successo. Su di essa è basato il Modello Standard delle particelle elementari, che descrive con incredibile precisione tutti i fenomeni della Fisica microscopica, e che ha appena completato il suo mosaico di particelle elementari con la scoperta del Bosone di Higgs. Si può dire che, dopo quasi un secolo dalla sua formulazione, non esista alcun dato sperimentale che contraddica le previsioni della MQ, eppure gli esperimenti che da allora sono stati compiuti hanno certo superato qualsiasi immaginazione dei padri della Fisica moderna.

Quindi, c’è davvero qualcosa che non va? Sì, c’è.

Per dire che qualcosa non va, basterebbe forse osservare quale sia ancora oggi il livello di dibattito e considerare i mille tentativi di trovare delle alternative teoriche o interpretative a una teoria così efficace. Infatti la MQ mette in crisi alcuni dei pilastri fondamentali della scienza tradizionale, e anche del modo in cui noi consideriamo il nostro rapporto con la realtà “esterna”. Per sintetizzare, secondo me gli aspetti controversi o “imbarazzanti” della MQ sono:

  1.  L’esistenza di “stati misti” di un sistema quantistico, per cui in un dato istante esso è in generale descritto come una sovrapposizione di stati “univocamente definiti”, o puri. Da qui viene fuori il famoso paradosso del Gatto di Schrödinger, che sarebbe allo stesso tempo vivo e morto.
  2. Il meccanismo di misura, che richiede che ogni volta che si desidera calcolare il risultato di un esperimento si debba ricorrere a un procedimento intrinsecamente casuale e indeterministico.
  3. L’esistenza di stati entangled di sistemi composti, ossia l’esistenza di intercorrelazioni tra oggetti distinti (ad esempio due elettroni), indipendentemente dalla collocazione spaziale di questi ultimi (ad esempio i due elettroni potrebbero trovarsi a una distanza anche molto grande tra loro).

Questi tre elementi chiave della MQ minano alla base tre corrispondenti pilastri concettuali della scienza:

  1. Il Realismo Scientifico, ossia l’idea che “il mondo studiato dalla scienza esiste, ed ha le proprietà che ha indipendentemente dalle nostre credenze […] , e lo scopo della scienza è descrivere e spiegare quel mondo, inclusi i suoi molti aspetti che non sono direttamente osservabili“, per citare un testo di Filosofia della Scienza. Secondo l’interpretazione “ortodossa” della MQ, invece, non ha senso parlare di “realtà” di un sistema quantistico se non in corrispondenza con un’osservazione sperimentale (“only an observed phenomenon is a phenomenon”, disse Bohr). Questa interpretazione è fortemente controversa, ma è in pratica quella che credo ancora oggi venga insegnata nelle Università come quella “di riferimento”. La MQ ortodossa, quindi, contraddice il Realismo.
  2. Il Determinismo, ossia l’assunto che il futuro comportamento di un sistema fisico sia completamente determinato dal suo stato iniziale e dalle leggi della Fisica. La MQ ammette solo una previsione probabilistica dei risultati di un’operazione di misura, e, indipendentemente dal fatto che si consideri il cosiddetto “collasso della funzione d’onda” un processo fisico reale o solo una tecnica di calcolo (v. ad es. questo vecchio post), non consente neanche in linea di principio di prevedere in modo certo il risultato di future osservazioni su un sistema noto.
  3. Il Principio di Località, che sostanzialmente afferma che un sistema fisico può essere influenzato solo da entità ad esso fisicamente prossime. Questo principio, fortemente sostenuto da Einstein, è appunto contraddetto dall’entanglement quantistico. Due oggetti entangled sono in una relazione che non può essere eliminata o indebolita allontanandoli materialmente uno dall’altro.

Abbandonare questi tre principi fondamentali è ovviamente qualcosa che qualsiasi fisico fa molto malvolentieri, ancora oggi. Ma abbiamo davvero scelta? Possiamo magari sperare che, come la Gravitazione Newtoniana è stata alla fine superata dalla Relatività Einsteiniana, una futura teoria sconfessi la MQ e ripristini appieno i principi della Fisica classica?

Nel prossimo post vedremo quanto sia “inevitabile” la MQ, e quali spazi ci siano per ipotetiche teorie alternative.

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