L’interpretazione della meccanica quantistica for dummies

Anche stavolta, ma lavorando d’anticipo, senza che nessuno me lo abbia sollecitato, ho pensato di affiancare all’articolo originale un articolo sullo stesso argomento, visto da un’angolazione diversa e tutto sommato più semplice.

Per quanto possa definirsi semplice il concetto di dualismo onda particella…

Inquadriamo, come sempre il contesto, che è dove ci eravamo lasciati alla fine di “L’effetto fotoelettrico for dummies“.

Il fotone (dal greco φῶς, φωτός, “phòs, photòs”, che significa luce) venne definito come “quanto del campo elettromagnetico”. Fu introdotto all’inizio del XX secolo quando si capì che in un’onda elettromagnetica l’energia è suddivisa in pacchetti, che sono in pratica i “costituenti” la radiazione elettromagnetica.

Ma la luce ha comunque un comportamento strano, a volte è onda e a volte è particella, come è stato più volte spiegato.

Gli scienziati, a quel punto, erano divisi in fazioni (non politiche, ma di interpretazione) e ognuno di loro, trattandosi di questioni non sperimentabili in quanto “ideali”, diceva la sua.

A quel punto il buon Schrödinger, fisico austriaco, tirò fuori un’equazione, che, anche se ebbe un ruolo determinante nella storia della meccanica quantistica, era di una complessità tale che solo pochi la capivano.

Con la pazienza tipica dei fisici, allora Schrödinger fece un esempio, che provo a riassumere:

un gatto viene chiuso dentro una scatola, e non si può vedere all’interno. Insieme al gatto viene messo un nucleo radioattivo che ha una certa probabilità di decadere nel tempo in cui il gatto è nella scatola.

Se il nucleo decade, il suo decadimento attiva un dispositivo che rompe un’ampolla contenente del veleno, che ucciderà il gatto. Se invece il nucleo non decade, nessun dispositivo viene attivato, e il gatto resterà vivo.

Ora, essendo il nucleo atomico un oggetto quantistico, il suo stato, prima di effettuare la misura, è indeterminato (sarebbe meglio dire: è descritto da una funzione d’onda che è una sovrapposizione di “nucleo non decaduto” + “nucleo decaduto”, ma in sintesi va bene “indeterminato”).

Non possiamo dire niente di più finché non facciamo la misura per controllare il suo stato. Quindi anche il gatto, la cui esistenza dipende dalle sorti del nucleo, si troverà in una situazione “gatto vivo”+”gatto morto”, ovvero uno stato del tutto indeterminato, finché non facciamo la misura, cioè apriamo la scatola.

Il paradosso è che, secondo la meccanica quantistica, prima della misura, cioè prima dell’apertura della scatola, il nucleo si trova in uno stato che è contemporaneamente decaduto e non decaduto, cioè una sovrapposizione dei due stati.

È quindi l’atto dell’apertura della scatola, cioè l’interazione con un sistema macroscopico, che lo obbliga a scegliere una delle due opzioni, decaduto o non decaduto. Il paradosso è che l’osservatore, effettuando la misura, è parte attiva nel causare le condizioni finali sia del nucleo che del gatto.

Su questo punto esiste una confusione enorme, e capita spesso di sentire delle baggianate indescrivibili (e sono gentile).

Intanto va detto, per chiarire, che un osservatore può essere un qualunque apparecchio di misura, e l’essere umano non c’entra nulla.

Il punto focale è che ovviamente un gatto non può essere vivo e morto contemporaneamente. Ma per gli oggetti quantistici questo è quanto accade, e non è un’ipotesi, ma è stato dimostrato con numerosi esperimenti.

Il punto scientifico importante portato in rilievo dal paradosso è che cosa causi la transizione fra stato microscopico (che è sovrapposto, cioè quello dei nuclei atomici) e stato macroscopico (che è ben definito, e il gatto o è vivo o è morto).

Insomma, dove sta il limite fra quantistico e non quantistico?

Perché, nonostante il comportamento del “mondo microscopico” sia descrivibile solo grazie alla meccanica quantistica, e sebbene tutta la materia sia composta di atomi, molecole, quindi oggetti quantistici, perché, dunque, il comportamento degli “oggetti macroscopici” si può descrivere ignorando la meccanica quantistica?

Questo passaggio fra “mondo quantistico” e “regime classico” si chiama “decoerenza”, che è tuttora, dopo quasi un secolo, in fase di studio. La sua comprensione, infatti, oltre che di grandissima importanza concettuale, è cruciale per il funzionamento dei computer quantistici, nei quali è fondamentale impedire la “decoerenza”.

Ma attenzione: la transizione fra mondo quantistico e classico non sta nelle dimensioni, ma nell’interazione col mondo circostante.

Chiudo con una raccomandazione: “don’t try this at home!”, cioè, se avete un gatto, non chiudetelo in una scatola! Potrebbe essere fatale, ma per voi!

10 pensieri riguardo “L’interpretazione della meccanica quantistica for dummies

    1. Grazie, ci provo, ma farlo nei ritagli di tempo libero non è facile. Magari, tra una quindicina d’anni, se la salute me lo permetterà, lo farò in maniera più professionale. Ah, sono maschio (invitata…ehm). Il tuo sito lo avevo già visto, mi piace, oltre a come sono scritti gli articoli, la raccolta di frasi e aforismi.

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