Ma la Meccanica Quantistica è proprio inevitabile?

Nel post precedente abbiamo visto che la Meccanica Quantistica (MQ) presenta almeno tre caratteristiche “imbarazzanti” per chi come me è legato a una concezione scientifica più tradizionale (sembra singolare dire questo dopo quasi un secolo dall’elaborazione della MQ, ma il punto è proprio che nonostante il passare del tempo alcuni principi della Fisica pre-quantistica sono difficili da abbandonare, e l’alternativa proposta dalla MQ è nella migliore delle ipotesi oscura, nella peggiore contraddittoria). Infatti la MQ, secondo la sua interpretazione canonica, abbandona  o rende problematici i seguenti tre principi cardine della Fisica classica (v. sempre post precedente):

  1. Il Realismo.
  2. Il Determinismo.
  3. Il Principio di Località.

A queste caratteristiche si oppose a suo tempo Einstein, che ne colse appieno gli elementi  “eversivi” ma non riuscì a trovare alternative possibili. La sua opinione era che la MQ non fornisca “una descrizione completa della realtà fisica”, e che quindi debba esistere una teoria più profonda che superi la MQ e le sue aporie.

Ma, prima di capire se una teoria simile possa esistere, è interessante chiedersi quali margini ci siano per un’alternativa alla MQ. È possibile che una teoria per ora ignota elimini le tre scomode caratteristiche che ho citato? Su questo, ossia su quali vincoli dovrebbe comunque rispettare una simile teoria, i fisici hanno già ragionato a lungo.

Un primo risultato su cui esiste un consenso generale è che Realismo e Principio di Località non possono essere entrambi veri. Esiste infatti il cosiddetto Teorema di Bell che dimostra che qualsiasi teoria che cerchi di rispettare entrambi questi principi dovrà prevedere dei risultati sperimentali diversi da quelli previsti dalla MQ, in particolar modo per sistemi costituiti da due o più particelle entangled. È quindi possibile con un esperimento verificare se nella realtà siano corrette le previsioni della MQ o quelle di una qualsiasi teoria “realista locale”. Esperimenti del genere sono stati effettivamente realizzati, e i risultati dimostrano che nessuna teoria “realista locale” può essere esatta, e che quindi almeno uno tra i principi 1 e 3 va abbandonato.

Un secondo tipo di “dimostrazione generale” è invece relativa alla forma matematica della MQ. Alcuni autori, infatti (ad esempio qui e qui), hanno cercato di dimostrare che sulla base di assiomi “ragionevoli” e piuttosto generali è possibile stabilire che la forma della MQ (escludendo il controverso “processo di misura”) è fortemente determinata appena si introduce un qualche assioma che escluda la “tradizionale” Meccanica Classica, che come sappiamo su scala microscopica “non funziona”. Come è scritto nelle conclusioni del secondo articolo che citavo (attenzione, è difficile, uno di quegli articoli in cui io “guardo solo le figure”): “una teoria che vada oltre la MQ deve violare almeno uno degli assiomi [su cui si è basata la dimostrazione] e quindi deve distaccarsi radicalmente dalle consuete assunzioni apriori che adottiamo circa la struttura delle leggi fisiche” (traduzione e grassetto sono miei).

Infine, possiamo dire che la caratteristica più controversa ed “attaccabile” della MQ ortodossa è il modo in cui è rappresentata l’operazione di misura. Infatti questo è l’unico punto della teoria dove per calcolare i risultati si usa un procedimento intrinsecamente stocastico, che impedisce quindi di prevedere tali risultati in modo deterministico. Questo Non-determinismo è una caratteristica che molti hanno considerato “posticcia” rispetto alla MQ e hanno cercato di eliminare; ho già discusso in molti vecchi post diverse proposte in merito, la maggior parte delle quali in un modo o nell’altro ipotizzano che l’apparente casualità sia in realtà sintomo dell’esistenza di variabili fisiche nascoste che codeterminano l’evoluzione di un sistema quantistico ma che non siamo in grado di osservare. Tuttavia, anche qualsiasi “teoria delle variabili nascoste” dovrebbe rispettare i vincoli molto stretti che ho descritto in precedenza, in particolare quelli imposti dal Teorema di Bell. Insomma, il Determinismo può essere difendibile o in modo “tattico” introducendo un qualche meccanismo ad hoc per spiegare l’apparente casualità della misura (v. ad es. questo post) o in modo “strategico”, assegnando alle variabili nascoste un significato ontologicamente molto più profondo.

In conclusione, l’impresa di trovare una teoria fisica che superi la MQ preservando alcuni dei principi “tradizionali” della Fisica sembra quasi disperata, in quanto una simile teoria dovrebbe:

  1. Riprodurre tutte le previsioni della MQ, almeno per quanto riguarda gli esperimenti che siamo stati in grado di realizzare finora e che hanno confermato l’esattezza assoluta della MQ.
  2. Abbandonare comunque almeno uno tra Realismo e Principio di Località.
  3. Rappresentare una radicale rivoluzione nel modo di strutturare le teorie fisiche, sovvertendo qualcosa di “fondamentale”, visto che altrimenti la MQ è sostanzialmente “inevitabile”. Una teoria così, ammesso che possa esistere, dovrebbe però poi ricondursi alla MQ nel limite in cui quest’ultima “funziona”, un po’ come la MQ si riconduce alla Meccanica Classica nel limite di sistemi “grandi”.

Nel prossimo post proporrò qualche riflessione su se ci sia qualche indizio su dove cercare una simile teoria.

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