Perché ad Einstein non piaceva la fisica quantistica?

 

Perche' ad Einstein non piaceva la fisica quantistica? Il paradosso EPR

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Nel 1935 Einstein e due suoi colleghi, Podolsky e Rosen, descrissero un esperimento passato alla storia della fisica come paradosso EPR: di cosa si tratta?

Antonella Ravizza - 16/01/2023

Verso l’inizio del 1900 le teorie di Albert Einstein non si conciliavano molto con le implicazioni della nascente fisica quantistica, a tal punto che nella conferenza di Solvay del 1927, dedicata a importanti problemi aperti riguardanti elettroni e fotoni, Einstein propose alcuni esperimenti per rilevare alcune inesattezze nella teoria quantistica. Le sue obiezioni furono in seguito confutate da Bohr e il “povero” Einstein, pur accettando la delusione, continuò ad approfondire l’argomento.

Il paradosso EPR

Nel 1935 Einstein e due suoi colleghi, Podolsky e Rosen, descrissero un esperimento passato alla storia della fisica come paradosso EPR. Einstein rifiutava la teoria quantistica perché questa sostiene che solo dopo aver misurato il valore della proprietà di una particella, la particella stessa acquista realtà fisica, invece prima della misura va considerata come una sovrapposizione di stati. Sono note le frasi che ripeteva spesso: “Mi piace pensare che la luna stia lì anche se non la sto guardando” e “Dio non gioca a dadi” e ancora: “Se, senza disturbare in alcun modo un sistema, possiamo predire con certezza il valore di una quantità fisica, allora esiste un elemento di realtà fisica corrispondente a questa quantità fisica”.

Secondo Einstein, infatti, se una proprietà fisica di un oggetto può essere vista anche senza che l’oggetto sia osservato, allora la proprietà stessa non può essere stata creata dall’osservazione, ma deve essere una realtà fisica anche prima dell’osservazione.

Secondo Einstein l’entanglement poteva essere usato per trovare un'incoerenza nella teoria quantistica. Ricordiamo che cos’è l’entanglement: è un fenomeno quantistico in cui ogni stato quantico di un insieme di due o più sistemi fisici dipende dallo stato di ciascun sistema.

Chiariamo il concetto con un esempio: consideriamo un raggio di luce, composto da un flusso di fotoni. La direzione del campo elettrico della luce è detta la sua direzione di polarizzazione. La direzione di polarizzazione di un fotone può formare qualsiasi angolo, ad esempio “verticale” o “orizzontale”. È possibile generare una coppia di fotoni entangled se, per esempio, un cristallo viene irradiato da un laser. In questo caso un singolo fotone può dividersi per formarne due. Ciascun fotone prodotto in questa maniera avrà sempre una polarizzazione ortogonale a quella dell’altro: ad esempio, se un fotone ha polarizzazione verticale, allora l’altro dovrà avere polarizzazione orizzontale (questo per la conservazione del momento angolare: il momento angolare del sistema prima della divisione deve essere uguale al momento angolare del sistema dopo la divisione). Quindi, se due persone ricevono ciascuno uno dei due fotoni entangled e ne misurano la polarizzazione, scoprono che quella del fotone ricevuto dall’altra persona sarà ortogonale a quella del proprio. Sembrerebbe esserci un’apparente connessione fra le particelle, che prescinde dalla loro distanza. Questo vuol dire che la misura della proprietà è dipendente dal tipo di osservazione effettuata sull’altra particella entangled: c’è una connessione istantanea fra le particelle.

Consideriamo ora due fotoni entangled, uno dei quali inviato a un osservatore donna, e l’altro all’osservatore uomo. I due osservatori possono anche essere lontani fra loro, ma i due fotoni entangled devono avere polarizzazioni ortogonali. Quindi quando la donna misura la polarizzazione del suo fotone e la trova, diciamo, verticale, sappiamo istantaneamente che il fotone dell’uomo avrà polarizzazione orizzontale – anche se l’uomo non l’ha ancora misurata! La teoria quantistica però ci dice che prima che l’uomo misuri il suo fotone, questo non può avere valore preciso per la sua polarizzazione, ma si trova in una sovrapposizione di stati. Solo nel momento in cui l’uomo lo misura diventa fisicamente vero.

Come si può allora sapere il risultato prima della misura? Secondo la teoria quantistica, la misurazione della polarizzazione verticale della donna fa collassare istantaneamente entrambi i fotoni, così il fotone dell’uomo risulterà polarizzato orizzontalmente.

Einstein e la teoria di Bell

Tuttavia Einstein sosteneva che queste comunicazioni istantanee del valore della polarizzazione fra i due fotoni non potevano essere in accordo con la relatività, perché niente può viaggiare più veloce della luce. Einstein credeva quindi che l’unico modo per uscire da questo paradosso fosse di assumere che il fotone dell’uomo possedesse alcune proprietà fisse che sono nascoste alla nostra vista, chiamate variabili nascoste, e come lui tutte le particelle. In questo modo non sono richieste comunicazioni più veloci della velocità della luce, perché la proprietà della particella è fissata quando la particella stessa è creata. Nel 1964 John Bell sviluppò un teorema per dimostrare l’azione a distanza. Si arrivò alla seguente conclusione: ciò che succede a una particella influenza immediatamente le altre. Einstein, come al solito, aveva influenzato la fisica del futuro!

 

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Albert Einstein e Olinto De Pretto

Albert Einstein e Olinto De Pretto: la vera storia

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De Pretto non scoprì la relatività – ha riconosciuto Bartocci – però non ci sono dubbi sul fatto che sia stato il primo a usare l’equazione e questo è molto significativo...

Redazione - Scienza e Conoscenza - 16/08/2022

La celebre equazione sarebbe stata anticipata nel 1903 da Olinto De Pretto.

Questa sarebbe la tesi rivoluzionaria di un docente di matematica dell’Università di Perugia, ripresa, tramite una sconcertante rivelazione, dall’autorevole e serissimo quotidiano britannico «The Guardian». Questa, ovviamente, è la tesi di Umberto Bartocci, alla quale il professore ha dedicato pure un libro, pubblicato nel 1999 da Andromeda: Albert Einstein e Olindo De Pretto. La vera storia della formula più famosa del mondo, dove viene appunto spiegata la teoria della “contaminazione einsteiniana” ad opera di De Pretto, morto nel 1921.

«Tutto merito dell’italiano Olinto».

«De Pretto non scoprì la relatività – ha riconosciuto Bartocci – però non ci sono dubbi sul fatto che sia stato il primo a usare l’equazione e questo è molto significativo». Ora, che Einstein usasse le ricerche di De Pretto, un matematico autodidatta italiano (o anche quelle del tedesco David Hilbert) è una tesi a dir poco azzardata che è molto difficile – se non impossibile – da dimostrare. Così come appare altamente improbabile che nel 1905 lo studioso svizzero Michele Besso avvisasse Albert Einstein del lavoro svolto due anni prima da De Pretto e delle conclusioni alle quali egli era giunto. Conclusioni dalle quali poi il geniale fisico e matematico avrebbe tratto spunto, ispirandosi in particolare al saggio di Olinto De Pretto, Ipotesi dell’etere nella vita dell’universo (in cui, per l’appunto, compare la formula E = mv2), presentato poi il 23 novembre 1903 al Reale Istituto Veneto di Scienze, lettere ed arti, il quale lo pubblicò nel febbraio del 1904, senza tuttavia attribuire alcun merito all’italiano.

Di certo si sa solo che, stando a quanto si racconta, il 23 novembre del 1903 l’italiano De Pretto, un industriale di Vicenza con la passione per la matematica, avrebbe pubblicato sulla rivista scientifica «Arte» un articolo dal titolo Ipotesi dell’etere nella vita dell’universo, in cui egli sosteneva che «la materia di un corpo contiene una quantità di energia rappresentata dall’intera massa del corpo, che si muove alla medesima velocità delle singole particelle». Insomma, si trattava della celebre formula E = mc2, spiegata parola per parola, anche se De Pretto non mise mai la formula in relazione con il concetto di relatività, ma soltanto con quello di vita dell’universo.

L’etere è sostanza reale?

Ma quello che colpisce di più – e che forse sfugge – è che c’è qualcosa di essenziale che differenzia nettamente Olinto De Pretto da Albert Einstein, che ne sono i suoi prodromi. L’uomo è riuscito a disgregare la materia con la fissione nucleare, ma per quanto ci risulta non è ancora riuscito a spiegare come la materia si generi. È proprio su questo punto che si dividono le strade: il primo sostiene la teoria dello spazio vuoto mentre il secondo quella dell’etere. Ed è sconcertante osservare come, già nei primi anni del secolo appena trascorso, il pensiero di Olinto De Pretto sia molto simile ai concetti dei saggi del passato, ad esempio al pensiero tradizionale della mistica indiana, entrambi espressi con la logica che supera la meccanicistica moderna. L’etere – come dicevano i Signori dell’infinito – è sostanza reale.

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Chi era Albert Einstein

Chi era Albert Einstein?

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Albert Einstein: andiamo alla scoperta di questa mente geniale, acuta, sottile, poliedrica, nel firmamento delle intelligenze che hanno caratterizzato il secolo appena trascorso.

Emanuele Cangini - 13/04/2020

Albert Einstein: un'icona inconfondibile del Ventesimo secolo, che da sola ne potrebbe riassumere le forze e le idee, le tensioni e le domande, i desideri e i timori. Una mente geniale, acuta, sottile, poliedrica, nel firmamento delle intelligenze che hanno caratterizzato il secolo appena trascorso.

Indubbiamente quella di Albert Einstein è stata tra le più rivoluzionarie e innovative, data la portata e la caratura delle sue scoperte, le quali hanno influenzato profondamente l’ottica della scienza che, di lì in poi, subirà una seconda rivoluzione copernicana.

Nato in Germania nel marzo del 1879, di origine ebrea, ricevette nel 1921 il Premio Nobel per la Fisica, grazie ai notevoli contributi forniti in sede teorica.

Le sue geniali intuizioni furono quelle di comprendere l’equivalenza tra massa ed energia e la non assolutezza delle leggi della Fisica a prescindere dal sistema di riferimento. Conseguenza del secondo aspetto è proprio quella della diversa “durata” del tempo, che non viene più concepito come un parametro fisso e immutabile ma strettamente dipendente dal sistema di riferimento (ecco perché la teoria viene denominata della Relatività).

L'esperimento dei due gemelli

Famoso è l’esempio, dallo stesso Einstein “brevettato”, dei “Due Gemelli”, con il quale lo scienziato intendeva dimostrate quanto il tempo scorresse diversamente per il gemello rimasto sulla Terra rispetto a quello partito su un’astronave a velocità molto elevata (sub-luminale).

Al ritorno, il gemello partito, avrebbe trovato il corrispettivo gemello ad attenderlo, molto più invecchiato di quanto non lo fosse lui. Lo spazio e il tempo non sono più due entità separate ma profondamente interconnesse, al punto da creare una nuova concezione, una nuova metrica dell’universo: lo spazio-tempo.

La famosa formula matematica E=mc2

È la sintesi di una nuova concezione teorica della Fisica: massa ed energia altro non sono che le due facce della stessa medaglia, la massa è energia “congelata”, l’energia è massa a uno stato vibrazionale molto alto. Ne consegue che piccole quantità di materia “possiedono” grandi quantità di energia, come è stato in seguito confermato dalle modalità delle reazioni termonucleari interne alle stelle (grazie all’equazione è stato possibile calcolare l’energia prodotta ogni secondo, nel Sole, dalla conversione dell’idrogeno in elio con relativa emissione elettromagnetica).

Rilevante è anche il contributo cosmologico che lo scienziato ha fornito grazie alle implicazioni delle equazioni da lui formulate poiché, proprio come prodotto di tali costrutti, vennero gettate le basi per un famoso modello cosmologico: il Big Bang.

Tale modello si oppone nei propri cardini teoretici a quello, successivo, dell’universo stazionario; tale opposizione sollevò la discussione accademica, con tratti anche aspri.

Nel 2014 uscì la notizia relativa al ritrovamento, in un museo di Gerusalemme, di un manoscritto dello scienziato (fonte: http://www.stoccolmaaroma.it/2014/einstein-inedito-scoperta-lipotesi-perduta-e-sbagliata-sulluniverso), simile a una raccolta di appunti, nel quale si evince un tentativo di formulazione di un modello cosmologico alternativo a quello del Big Bang.

Poiché scritto nel 1931, il documento anticipa di circa venti anni l'ufficialità del modello stazionario dello scienziato Fred Hoyle che, ricordiamo, asseriva un universo immutabile e uniforme la cui diminuzione di densità media sarebbe stata compensata dalla creazione nello spazio di altra materia. Nel manoscritto Einstein, cerca di trovare una mediazione tra i propri convincimenti, quelli appunto di un universo non in espansione, con quanto al contrario mostrato chiaramente da Hubble nel 1929, rivelando l’allontanamento progressivo delle galassie.

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Dalla Parigi di Einstein al CERN di Rubbia: 15 scienziati e le loro straordinarie scoperte

Emanuele Cangini

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