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.
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.
Quando, nel 1935, venne pubblicato il famoso articolo chiamato poi “EPR Paper” per le iniziali dei suoi autori - Einstein, Podolsky, Rosen -, la comunità scientifica dovette confrontarsi non solo con le manifeste provocazioni che il suo argomento voleva mostrare, ma anche con latenti problemi che sarebbero sbocciati più avanti in tutti i loro stridenti contrasti. L’incompletezza della meccanica quantistica, che l’“articolo EPR” si proponeva di dimostrare, poggiava infatti su un principio molto problematico, quello della località, che sarebbe esploso nell’esperimento prima concettuale di Bohm e poi sperimentale di Aspect. Ciò che questo articolo vuole delineare è lo sviluppo del problema della nonlocalità, dai suoi albori fino alla prova della sua effettiva esistenza nel mondo quantistico, dove, come ben ha dimostrato Bell, nulla possono fare le variabili nascoste per dissolvere la realtà nonlocale di alcuni fenomeni.
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.
Il tema di questo articolo riguarda i rapporti controversi tra Einstein e altri due padri della meccanica quantistica, Bohr e Schroedinger. Innanzitutto esporrò i principi fondamentali di questa discplina. Poi parlerò dell'esperiemento mentale di Einstein, Podolsky e Rosen e mostrerò che questi fisici hanno fatto uso nel loro articolo di una precisa forma di inferenza. Di seguito vedremo le risposte di Bohr e Schrödinger, e come esse siano paradigmatiche di altre due forme di inferenza. Infine cercherò di trarra qualche piccola conclusione.
Si mostra come la celebre disputa tra Einstein e Bohr riguardi i concetti di realtà retrostanti le loro relative concezioni della realtà fisica; conseguentemente, viene suggerita una significativa connessione tra le teorie di Copenaghen e la relatività einsteiniana. Bohr considerava la descrizione della realtà offerta dalla meccanica quantistica completa; Einstein, al contrario (nonostante il contributo apportato alla sua nascita), continuava a cercare una teoria deterministica. Quando nel 1935 Einstein, Podolsky e Rosen pubblicarono il famoso EPR, Bohr replicò centrando l’attenzione sul ragionevole criterio di realtà proposto dagli autori, rimarcando l’inconsistenza concettuale dell’esistenza indipendente di un costitutivo “inconoscibile”. La fisica, attraverso la grande lezione epistemologica – come era solito dirne Niels Bohr – rappresentata dalla MQ, si trovava di fronte ad una capitale questione filosofica: che cosa è la realtà? Viene infine suggerita una giustapposizione della problematizzazione einsteiniana del concetto di simultaneità e del carattere reciproco delle misurazioni quantomeccaniche esposto da Bohr, che suggerisce l’abbandono dell’ultimo grande assoluto: una realtà assoluta.
Si illustra il paradosso EPR in diverse formulazioni definendo le nozioni di realismo e località. Quindi, si procede introducendo le teorie di variabili nascoste locali stocastiche e deterministiche, presentandone le principali caratteristiche. Si propone un’analisi qualitativa dei teoremi di impossibilità proposti da von Neumann, Jauch e Piron, Gleason e del teorema di Kochen-Specker la cui analisi porta all’introduzione della nozione di realismo contestuale. Si propone quindi la formulazione originale delle disuguaglianze di Bell e la successiva riformulazione conosciuta come disuguaglianze CHSH. Attraverso il teorema di Arthur Fine si dimostra l’equivalenza delle due formulazioni e si caratterizzano ulteriormente le teorie a variabili nascoste locali. Viene proposto quindi il teorema di no-signaling che garantisce la compatibilità tra la non-località della Meccanica Quantistica e la Relatività Ristretta. Si procede poi analizzando alcuni esperimenti di rilevanza storica che hanno testato la violazione delle disuguaglianze di Bell, in particolare si presentano gli esperimenti di Freedman e Clauser (1972), Aspect et al. (1982) e Rowe et al. (2001).
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.