Che cos'e' la Non Localita' - 1
prima parte
Scienza e Fisica Quantistica
Scopriamo insieme una delle stranezze più affascinanti
della fisica quantistica, la non località, in una rassegna critica: dal teorema
di Bell all’esperimento di Aspect, agli approcci non-locali del tessuto
quantistico
Davide Fiscaletti - 09/07/2019
La meccanica quantistica può essere considerata la teoria
fondamentale della scienza moderna che più ha contribuito a modificare la
nostra comprensione dell’universo. Per quanto riguarda la geometria del mondo
fisico, si può dire che la teoria quantistica introduce prospettive molto più
ampie di quelle offerte da ogni teoria fisica precedente. In particolare,
l’elemento più sorprendente ed intrigante che emerge dal formalismo quantistico
sta nel fatto che le particelle subatomiche sono in grado di comunicare tra di
loro informazioni in modo istantaneo, in altri termini sono connesse in modo
non-locale.
Riguardo al fenomeno della non-località, tutto è iniziato
a partire dalla pubblicazione nel 1935 da parte di Einstein, Podolski e Rosen,
di un famoso articolo dal titolo La descrizione quantistica della realtà può
considerarsi completa? in cui è stato sviluppato quello che è poi stato
chiamato il paradosso, o meglio, argomento EPR (dalle iniziali dei tre autori).
Consideriamo due particelle A e B che hanno condiviso una particolare
esperienza di accoppiamento alla loro nascita e che poi vengono allontanate e
portate in estremi opposti dell’universo; allora, in base al formalismo della
meccanica quantistica, se ad un certo istante effettuiamo una misura sulla particella
A, è possibile conoscere istantaneamente lo stato della particella B, a
prescindere dalla distanza che c’è tra di esse.
Il paradosso EPR era, in realtà, una critica di Einstein
all’idea che la meccanica quantistica sia una teoria completa nel descrivere la
natura. I fisici hanno cercato di spiegare questo fenomeno assumendo che ci sia
una sorta di "messaggero" che parte dalla particella A per
raggiungere la particella B e informarla di assumere un certo comportamento. Ma
l’informazione arriva istantaneamente e quindi l’idea di un ipotetico
messaggero non solo non funziona, ma sembra avere poco senso.
Le correlazioni non-locali tra particelle subatomiche che
caratterizzano esperimenti di tipo EPR risultano essere inspiegabili e
incomprensibili all’interno di uno schema classico. Fenomeni di questo tipo
hanno tuttavia trovato una loro compiuta spiegazione e formalizzazione in un
noto teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell (che è
considerato da molti esperti nel campo dei fondamenti concettuali della
meccanica quantistica come il più importante recente contributo alla scienza):
“Quando due particelle sono emesse in direzioni opposte e le proprietà di una
di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietà dell’altra particella
– anche esse misurate – saranno correlate indipendentemente dalla distanza che
le separa”. La dimostrazione del teorema di Bell implica che un’esperienza
avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma
di "connessione" per cui il comportamento di ciascuna delle due
condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra a
prescindere dalla distanza che c’è tra di esse.
Ai giorni nostri, non è stata trovata ancora alcuna
contro-argomentazione significativa in grado di mettere in discussione la
validità del teorema di Bell. Tutti gli esperimenti effettuati finora – e
particolarmente significativi sono, in questo senso, gli esperimenti di Alain
Aspect (1981) al laboratorio di ottica di Orsay, di Yanhua Shih (2001)
dell’Università del Maryland e di Nicolas Gisin (2003) dell’Università di
Ginevra – hanno confermato il risultato ottenuto da Bell, vale a dire che la
non località deve essere considerata una caratteristica fondamentale e
irrinunciabile del mondo microscopico, che le particelle subatomiche sono
capaci di comunicare istantaneamente a prescindere dalla loro distanza.
D’altra parte, nell’interpretazione di Copenaghen della
meccanica quantistica la non-località emerge di fatto come un ospite inatteso
nascosto dietro l’interpretazione puramente probabilistica della funzione
d’onda e il meccanismo di "casualità" ad essa associato. Tuttavia, se
si tiene conto dei risultati sperimentali sopra menzionati (nonché di risultati
simili ottenuti da altri autori), bisogna ammettere che la non-località
costituisce la carta di visita fondamentale della geometria del mondo
quantistico e, di conseguenza, dovrebbe essere introdotta fin dall’inizio, come
principio fondamentale, all’interno di ogni teoria volta a descrivere l’arena
dei processi quantistici. I risultati sperimentali suggeriscono che la
non-località deve essere considerata la proprietà essenziale che sta alla base
del comportamento delle particelle subatomiche e della geometria del mondo
quantistico. In questo articolo, ci proponiamo di sviluppare una rassegna
critica degli approcci non-locali presenti nella letteratura volti a descrivere
l’arena dei processi quantistici, il cosiddetto "tessuto
spazio-temporale" della fisica quantistica.
La geometria non-locale nell’approccio del potenziale
quantico di Bohm
L’idea del potenziale quantico, introdotta
originariamente da David Bohm negli anni '50, può essere considerata la via più
semplice e naturale per introdurre la non-località nel mondo quantistico.
Nell’ambito dell’interpretazione di Bohm della meccanica quantistica, il
potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla
realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un
piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica
simbiosi cosmica. L’espressione matematica del potenziale quantico indica che
l’azione di questo potenziale è di tipo spazio, vale a dire crea sulle
particelle un’azione istantanea, proprio quella richiesta per comprendere i
processi di tipo EPR.
Il potenziale quantico contiene un’informazione globale
sui processi fisici, che può essere definita come "informazione
attiva", contestuale al sistema sotto osservazione e al suo ambiente, la
quale non è "esterna" allo spazio-tempo, ma piuttosto è
un’informazione geometrica "intessuta" nello spazio-tempo. A questo
proposito, possiamo dire che l’evoluzione dello stato di un sistema quantistico
modifica l’informazione attiva globale e questa influisce a sua volta sullo stato
del sistema quantistico ridisegnando la geometria non-locale dei processi. In
questo quadro geometrodinamico possiamo anche dire che il potenziale quantico
rappresenta le proprietà geometriche dello spazio dalle quali la forza
quantistica, e quindi il comportamento delle particelle quantistiche, derivano.
Bibliografia
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Descrizione libro
Il percorso della conoscenza – sosteneva Anassimandro nel
VI sec. a.C. – deve essere basato sulla ribellione contro certezze che appaiono
ovvie, sul fatto che la nostra immagine del mondo può essere sempre
perfezionata, che il mondo può essere diverso da come ci appare, che il nostro
punto di vista sul mondo è limitato dalla piccolezza della nostra esperienza.
La scienza – sosteneva Anassimandro – nasce da ciò che non sappiamo («che cosa
c’è dietro la collina?») e dalla messa in discussione di qualcosa che credevamo
di sapere, in altre parole la scienza consiste nel guardare più lontano,
nell’esplorazione continua di nuove forme di pensiero per concettualizzare il
mondo.
Compatibilmente con la visione della scienza come entità
dinamica, che è in costante evoluzione e riorganizzazione, in grado di generare
percorsi evolutivi i quali si possono intrecciare l’uno con l’altro, i saggi
pubblicati in questo libro intendono mostrare come, pur partendo dalla
convinzione che nel corso della storia la scienza ci ha portato teorie d’immane
bellezza ed eleganza con enormi benefici sul piano tecnologico, sia possibile
investigare nuovi scenari, in particolare si possano aprire nuove prospettive
riguardo all’immagine del mondo, alla visione della realtà che ci circonda, le
quali mettono in discussione idee che, nell’ambito del nostro approccio
limitato all’esperienza, appaiono ovvie.
Davide Fiscaletti
Indice
Introduzione
PRIMA PARTE - Non località: da Bohm alla nuova fisica
della complessità
Capitolo 1 - La teoria di Bohm può aprire nuovi orizzonti
Capitolo 2 - Bohm e l’entropia quantistica
Capitolo 3 - Cos’è la non-località?
Capitolo 4 - Senza tempo. Sull'arena dell'universo: da
Bohm allo spazio atemporale ondulatorio
Capitolo 5 - Dalla “Maestà” di Simone Martini alla fisica
quantistica
Capitolo 6 - La luce: da Leonardo a Einstein, verso la
nuova fisica
Capitolo 7 - Dalla matematica di Leonardo alla teoria
della complessità
SECONDA PARTE - L’interpretazione della mente e della
consapevolezza
Capitolo 8 - Io sono quello. L'osservatore e la
consapevolezza
Capitolo 9 - Questione di Frequenze. Materia,
consapevolezza, spazio: in una sinfonia cosmica d'unione d'intenti
Capitolo 10 - Oltre il pianeta mente. Alla conquista
dello spazio-consapevolezza
Capitolo 11 - Vibrare alla stessa frequenza dell’Universo
Davide Fiscaletti
Marchigiano, laureato in fisica all’università di
Bologna, è docente di matematica e fisica e membro ricercatore del centro di
ricerca indipendente SpaceLife Institute (San Lorenzo in Campo). Si occupa di
fondamenti della fisica teorica, segnatamente di interpretazioni della
meccanica quantistica, relatività, teoria quantistica dei campi e gravità
quantistica.
È autore dei libri I fondamenti nella meccanica
quantistica. Un’analisi critica dell’interpretazione ortodossa, della teoria di
Bohm e della teoria GRW (CLEUP, Padova, 2003), I gatti di Schrödinger (1°
edizione: Muzzio, Roma, 2007; nuova edizione aggiornata: Editori Riuniti
University Press, Roma, 2015), Prospettive alla ricerca del graal. Verso una
visione unitaria di spazio, materia e vita (Aracne, Roma, 2010), The timeless
approach: frontier perspectives in 21st century physics (World Scientific,
Singapore, 2015), Il quadro olografico. Le frontiere non-locali della fisica
moderna (Di Renzo Editore, Roma, 2017), The geometry of quantum potential. Entropic
information of the vacuum (World Scientific, Singapore, 2018) e di molti
articoli apparsi in numerose riviste scientifiche.
È inoltre co-autore, assieme ad Ignazio Licata, del
volume Quantum potential. Physics, geometry and algebra (Springer-Verlag GmbH,
Heidelberg, 2013) e, assieme ad Amrit Sorli, del libro The infinite history of
now. A timeless background for contemporary physics (Nova Science Publishers,
New York, 2014).
Scopri il libro di Davide Fiscaletti
eBook - Universo Iperconnesso >> http://bit.ly/2LKWsB6
Dalla non-località a una visione unificantedi spazio,
materia, mente e vita
Davide Fiscaletti
