La Scienza: limite tra le leggi della logica ed il mondo quantico

Iniziamo questo nuovo episodio subito con una domanda. Un singolo oggetto macroscopico (cioè osservabile ad occhio nudo senza l’ausilio di dispositivi ottici di ingrandimento) può trovarsi in due posti contemporaneamente? Ad esempio, può esistere lo stesso granello di sabbia sia a Palermo e sia a Milano?

Chiunque di noi, senza nemmeno pensarci, risponderebbe che è logicamente e certamente impossibile. Tuttavia questo non vale per ogni cosa, infatti sono esclusi da questa legge atomi, fotoni e tutte le altre particelle appartenenti al mondo microscopico. Infatti la realtà a livello fondamentale (cioè allo stato di minima energia possibile) sfugge alla nostra logica e al nostro buonsenso secondo le surreali leggi che governano il mondo quantico. Ma quali sono, in sintesi, queste leggi su cui è basata la teoria dei quanti? Scopriamole insieme:

1. lo stato di una particella atomica o subatomica non è più descritto da una traiettoria precisa nello spazio e nel tempo bensì da una funzione d'onda che fornisce solo la probabilità di trovarla in un dato punto dello spazio e ad un certo tempo;

2. la funzione d'onda si ottiene risolvendo l'equazione di Schrodinger (che determina l'evoluzione temporale dello stato di un sistema) in cui compaiono le forze/interazioni cui è sottoposta la particella. Ad ogni quantità misurabile (osservabile) come posizione, velocità, energia, etc. corrisponde un operatore (funzione).

Nella meccanica quantistica le particelle non hanno proprietà ben definite, ma assumono tutti gli stati e le posizioni possibili.

Ma allora a questo punto si pone un quesito: dove finisce il mondo quantistico e inizio il mondo classico della fisica newtoniana? Esiste una scala oltre la quale gli effetti quantistici si interrompono? Oppure la meccanica quantistica regna ovunque nonostante noi non la percepiamo? Dove è il confine tra i due mondi?

Generalmente e superficialmente si potrebbe dire che il mondo microscopico è dominato dalla natura probabilistica della meccanica quantistica, mentre il mondo macroscopico osserva regole “classiche” più logiche. Ma questa spiegazione non è sufficiente.

Ultimamente però, grazie agli studi avanzati sulla fisica, sono state proposte nuove teorie. Adesso proveremo a dare un'occhiata a quelle più importanti.

Collasso all'atto della misurazione

Secondo questa teoria la transizione è dovuta all'atto della misurazione. le particelle

possono restare in “sovrapposizioni quantistiche” finché nessuno le guarda, ma una volta che facciamo una misurazione la particella è costretta a “scegliere” uno stato specifico.

Come questo accada e perché la misurazione umana debba assumere un tale significato in fisica rimane un mistero.

Decoerenza

Questa teoria ipotizza che sia l’ambiente in cui si trova una particella a trasferirla dal mondo quantistico a quello classico. Finché una particella non è disturbata da nessuna influenza esterna può rimanere in una sovrapposizione di stati. Ma quando le funzioni d’onda di altre particelle o oggetti vicini incontrano la sua, interferiscono, facendo sì che le molte possibilità quantistiche della particella collassino in un’unica realtà classica.

Localizzazione spontanea continua

Un’altra possibilità è che il collasso della funzione d’onda a una singola possibilità sia

un evento casuale, non provocato da interferenze umane o ambientali. La probabilità che una certa particella collassi in un dato momento è estremamente piccola, ma in oggetti macroscopici contenenti un enorme numero di atomi il collasso di almeno uno è inevitabile, il che fa quindi collassare l’intera struttura.

Queste sono solo alcune fra le numerose teorie riguardante il confine fra i due mondi. Possiamo dire che tutta la quantistica si basa su infinite realtà probabilistiche che, ha seguito dell’azione di qualcuno o qualcosa, collassano in un’unica realtà. Però nella quantistica le cose non “accadono”, infatti le equazioni si limitano ad attribuire probabilità ai vari possibili stati. Anche il collasso, la sua origine e le cause della sua azione, rimangono un mistero finora.

Tuttavia sta proprio qui la chiave per scoprire gli oscuri misteri di questa scienza, infatti se il collasso risultasse un fenomeno fisico (teoria n3), sbloccherebbe infinite strade possibili per la nascente tecnologia dei computer quantistici.

Nel prossimo numero:

• parleremo più approfonditamente del collasso: dell’origine e degli esperimenti già condotti e in programma per il futuro per dimostrare le teorie, esperimenti che vanno dalle funzioni d’onda agli studi sull’antimateria

• parleremo della tecnologia dei computer quantistici, cosa può fare e quali sono le sue applicazioni

• parleremo di come la quantistica interagisce con la nostra vita di tutti i giorni, di come può migliorare la vita in futuro e di quali sono i traguardi quasi fantascientifici che si potranno raggiungere.

Fonte: leScienze.