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Compatibilità tra modalità e realismo in Meccanica Quantistica

Francesco Marzolla

Published Nov 26, 2018• 0 citations
OpenAlex

Abstract

In questa tesi sostengo che l’interpretazione modale della Meccanica Quantistica, almeno nella versione di van Fraassen del 1991 ed in quella di Kochen-Dieks, non soddisfa le ipotesi del teorema PBR. Tale teorema dimostra che una certa classe di interpretazioni (specificamente i modelli ontologici ψ-epistemici e ψ-indipendenti) porta a prevedere risultati sperimentali in contrasto con quelli previsti dalla Meccanica Quantistica teorizzata da von Neumann, e dunque sia da rigettare. In particolare dimostro, in contrasto con quanto suggerito da Leifer in un articolo apparso sulla rivista Quanta nel 2014, che l’interpretazione modale e un modello ontologico ψ-epistemico. Tuttavia esso e anche ψ-dipendente, dunque il teorema PBR non invalida questa interpretazione. In riferimento al titolo, l’interpretazione modale prevede che lo stato quantico sia in parte reale ed in parte epistemico, e nella tesi esporro in che senso. Il totale realismo sulla funzione d’onda prescritto dal teorema PBR e invece incompatibile con una sua interpretazione modale. In this thesis I prove that modal interpretation of Quantum Mechanics, at least in the van Frassen’s version and in Kochen-Dieks’ one, doesn’t satisfy the hypothesis of PBR theorem. This theorem demonstrates that a certain class of interpretations (namely onthological ψ-epistemic ψ-independent models) predict experimental results in contrast with the ones predicted by Quantum Mechanics as theorized by von Neumann, and so is to be rejected. In particular I demonstrate, in contrast with what Leifer suggests in an article published on the review Quanta in 2014, that modal interpretation is a ψ-epistemic model. I show as well that it is also ψ-dependent, so PBR theorem doesn’t invalidate this interpretation. Referring to the title, modal interpretation says that quantum state is partly real and partly epistemic, and in the thesis I will explain in which sense. The total realism on the wavefunction prescribed by PBR theorem is on the contrary incompatible with a modal interpretation of it.

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In questa tesi sostengo che l’interpretazione modale della Meccanica Quantistica, almeno nella versione di van Fraassen del 1991 ed in quella di Kochen-Dieks, non soddisfa le ipotesi del teorema PBR. Tale teorema dimostra che una certa classe di interpretazioni (specificamente i modelli ontologici ψ-epistemici e ψ-indipendenti) porta a prevedere risultati sperimentali in contrasto con quelli previsti dalla Meccanica Quantistica teorizzata da von Neumann, e dunque sia da rigettare.
In particolare dimostro, in contrasto con quanto suggerito da Leifer in un articolo apparso sulla rivista Quanta nel 2014, che l’interpretazione modale e un modello ontologico ψ-epistemico. Tuttavia esso e anche ψ-dipendente, dunque il teorema PBR non invalida questa interpretazione.
In riferimento al titolo, l’interpretazione modale prevede che lo stato quantico sia in parte reale ed in parte epistemico, e nella tesi esporro in che senso. Il totale realismo sulla funzione d’onda prescritto dal teorema PBR e invece incompatibile con una sua interpretazione modale.
In this thesis I prove that modal interpretation of Quantum Mechanics, at least in the van Frassen’s version and in Kochen-Dieks’ one, doesn’t satisfy the hypothesis of PBR theorem. This theorem demonstrates that a certain class of interpretations (namely onthological ψ-epistemic ψ-independent models) predict experimental results in contrast with the ones predicted by Quantum Mechanics as theorized by von Neumann, and so is to be rejected.
In particular I demonstrate, in contrast with what Leifer suggests in an article published on the review Quanta in 2014, that modal interpretation is a ψ-epistemic model. I show as well that it is also ψ-dependent, so PBR theorem doesn’t invalidate this interpretation.
Referring to the title, modal interpretation says that quantum state is partly real and partly epistemic, and in the thesis I will explain in which sense. The total realism on the wavefunction prescribed by PBR theorem is on the contrary incompatible with a modal interpretation of it.
Il processo di decoerenza, introdotto negli anni ‘50 durante le prime trattazioni del Problema della Misura, consiste nella soppressione spontanea, ossia non dovuta ad un processo di misura, dei termini di interferenza presenti nella funzione d’onda quantistica, principalmente a causa dell’interazione del sistema con l’ambiente. Questo fenomeno ha portato negli anni ad importanti sviluppi nelle teorie interpretative della Meccanica Quantistica. In questa tesi si analizzeranno l’introduzione del concetto di decoerenza, del formalismo delle storie consistenti e la sua modellizzazione principale. Si vedranno le sue implicazioni in alcune delle principali interpretazioni della Meccanica Quantistica: l’interpretazione di Copenaghen, l’interpretazione di Von Neumann e quella di Everett. Si parlera inoltre del suo ruolo nella spiegazione dell’emersione della classicita dal “mondo quantistico.
Il dibattito sui fondamenti e sulla filosofia della meccanica quantistica si è arricchito negli ultimi decenni di nuove riflessioni e nuove idee, che difficilmente trovano posto però nei testi divulgativi e nei manuali. Questo volume si propone di colmare tale lacuna, accompagnando il lettore lungo un percorso che parte dai concetti di base della teoria (vettore di stato, funzione d’onda, dinamica e proprietà dei sistemi) e arriva alla spiegazione dei fenomeni quantistici più importanti (dualismo onda-corpuscolo, principio di sovrapposizione, entanglement), per approdare infine all’analisi delle sfide interpretative più complesse, come il problema della misura, il carattere statistico e il rapporto tra formalismo e ontologia. Ampio spazio è dedicato al significato del principio di indeterminazione, alla descrizione di alcuni apparenti paradossi (gatto di Schrödinger, scatola di Einstein) e alla teoria della decoerenza, che descrive il passaggio dalla meccanica quantistica alla meccanica classica. Il testo è corredato di riquadri di approfondimento in cui vengono esaminati temi più avanzati e tracciati collegamenti fra i diversi argomenti. Il volume si inserisce, dunque, nella discussione attuale sui fondamenti, offrendo al lettore una chiave di lettura chiara e rigorosa dell’interpretazione standard della meccanica quantistica.
La meccanica quantistica relazionale di Carlo Rovelli sostiene che il collasso di uno stato quantistico è un aggiornamento dell'informazione su un sistema relativamente ad un osservatore. A differenza della teoria della funzione d'onda universale di Hugh Everett, adotta un'ontologia alla Heisenberg sui risultati delle misure, e gli stati semplicemente codificano informazioni su di essi. Questo punto di vista viene analizzato in particolare per quanto riguarda le sue implicazioni sugli aspetti informazionali che definiscono il passato di un osservatore, valutando anche le affermazioni sulla località nel dibattito EPR: la meccanica quantistica relazionale è effettivamente locale, e il difetto dell'argomentazione EPR risiede nel non riconoscere il carattere di dipendenza dall'osservatore dello stato quantistico. La non-località EPR si riduce ad una scelta arbitraria di mappare le informazioni presenti sui risultati delle misure in eventi causalmente disconnessi, mentre non esiste alcuna nozione di evoluzione assoluta verso lo stato presente. Viene quindi introdotto l'antistrutturalismo, come paradigma che considera le strutture come diverse rappresentazioni arbitrarie in cui organizzare la stessa informazione. Viene analizzata la struttura dello spaziotempo di Minkowski, dove i coni di luce del passato possono ridursi a osservatori arbitrari, rendendo ogni risultato causalmente connesso, rappresentando l'evoluzione dei risultati di misura rispetto ad un particolare osservatore. La tesi si conclude con alcune considerazioni filosofiche per difendere la coerenza del paradigma anche da una prospettiva ontica che sostiene l'assenza di struttura nella realtà.
Secondo l'interpretazione standard della meccanica quantistica le proprieta di un sistema fisico microscopico non possono essere considerate possedute o non possedute dal sistema prima di una misura (non-oggettivita). L'esito di una misura dipende infatti dall'intero insieme di misure compatibili che sono effettuate simultaneamente (contestualita, non-localita). La non-oggettivita ha tuttavia conseguenze problematiche. Il modello ESR recupera l'oggettivita (e quindi la localita e la non-contestualita) incorporando ed estendendo il formalismo matematico della meccanica quantistica e reinterpretando le probabilita quantistiche come condizionali rispetto alla rivelazione invece che assolute. Le probabilita quantistiche ammettono allora un'interpretazione epistemica, e possibile costruire una teoria consistente della misura, si ottiene una descrizione piu intuitiva del mondo microscopico e si puo adottare una nozione classica di verita. A causa di queste caratteristiche il modello ESR (che e falsificabile) e compatibile con diverse posizioni di realismo filosofico.
I problemi interpretativi della meccanica quantistica hanno da subito acquisito un ruolo centrale nello sviluppo della nuova teoria. Se da una parte, un gran numero di prove sperimentali hanno permesso di confermare le previsioni teoriche dei fenomeni atomici e di conseguenza alle idee di Bohr di far presa nella maggior parte della comunita scienti?ca di allora e di oggi, non mancano le critiche da parte di quei ?sici che si oppongono al totale abbandono di principi che appaiono scontati in ?sica classica. Le critiche piu aspre arrivano da parte di Einstein, protagonista di un acceso dibattito con Bohr, culminato in un articolo pubblicato nel 1935, scritto da Einstein insieme ai suoi collaboratori B. Podolsky e N.Rosen. Nella tesi si cerchera di ripercorrere i punti chiave delle argomentazioni di EPR, rifacendoci all’articolo originale. In seguito si dara una visione piu ampia possibile dei successivi sviluppi basati su argomentazionI di tipo EPR. In particolare si tratteranno la teoria a variabili nascoste di Bohm e gli studi di Bell sulla localita.