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).
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).
Questa ricerca si colloca nell’ambito della ricerca in Didattica della Fisica e affronta la sfida di rendere accessibile l’entanglement nella scuola secondaria di secondo grado, elemento chiave della seconda rivoluzione quantistica. Il lavoro si inserisce nel contesto di ricerca design-based del corso extracurricolare PLS “Le due Rivoluzioni Quantistiche” (Università di Bologna) e valorizza il gioco di Bell nella formulazione divulgativa proposta da Gisin, per rendere espliciti i vincoli che la località impone alle spiegazioni classiche e, quando queste non risultano più soddisfacenti, sostenere l’emergere del concetto di entanglement come spiegazione non locale. Per indagare i ragionamenti degli studenti emersi durante il percorso, è stato costruito un Tutorial sul gioco di Bell, impiegato come guida e supporto in interviste semistrutturate. L’analisi qualitativa di tre casi studio (Ivan, Francesco, Ester) è stata condotta nel framework della Coordination Class Theory, interpretando l’evoluzione del ragionamento come riorganizzazione progressiva di readout strategies e reti causali quando la località viene progressivamente messa in discussione, fino alla costruzione della disuguaglianza di Bell e alla successiva violazione. In particolare, gli elementi che caratterizzano una forma di pensiero quantistico emersi dall’analisi delle interviste sono: i) disporre di alternative classiche e di readout strategies funzionali per estrarre informazioni rilevanti anche quando il contesto le mette alla prova; ii) essere disposti a mettere in discussione il sistema di inferenze quando il Tutorial conduce al vincolo (disuguaglianza) e alla tensione introdotta dalla violazione; iii) accettare la negoziabilità dell’assunto di località, trattandolo come ipotesi rivedibile e non come presupposto intoccabile.
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 teorema di non-clonazione quantistica viene formulato nel 1982 al termine del dibattito intorno alle possibili conseguenze, teoriche e pratiche, delle correlazioni non-locali fra sistemi quantistici entangled stabilite dal teorema di Bell nel 1964. Svolge un ruolo fondamentale nel conciliare il carattere non-locale della meccanica quantistica con il principio di relativita ristretta, motivando dal punto di vista teorico l’impossibilita di sfruttare l’entanglement quantistico per comunicare a velocita superiore a quella della luce, come invece proposto nella seconda meta degli anni ‘70 da un gruppo di giovani fisici di Berkeley, il Fundamental Fysiks Group. Inoltre, la formulazione del teorema di non-clonazione ed il dibattito ad essa preceduto hanno favorito la nascita e lo sviluppo del nuovo campo di ricerca dell’informazione quantistica, come testimoniato dall’elaborazione del primo protocollo di crittografia quantistica nel 1984 e del successivo protocollo di teletrasporto quantistico.
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.
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.