Il buonsenso è morto affatto!

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di C. Della Volpe

Giuseppe Giusti è stato uno dei piu’ popolari poeti italiani e molti dei suoi stroncanti versi sono diventati patrimonio popolare.

Oggi, mentre scrivo queste due righe, mi viene in testa la seguente strofa:

bell6     “Il Buonsenso…. è morto affatto,

l’ha ucciso la Scienza, sua figliuola,

per veder com’era fatto”.

(Epigrammi)

Ma perchè direte voi?
Stavo leggendo un recente articoletto di Nature (http://www.nature.com/news/quanundrum-1.15415) dall’indicativo titolo di Quanundrum, una parola inglese che viene dalla fusione di due termini: quandary e conundrum due termini che vogliono entrambi dire: dilemma insolubile.

Quale sarebbe il dilemma in questione e perchè faccio riferimento al senso comune contrapposto alla Scienza?

Ve lo spiego subito; prima della Meccanica Quantistica (MQ) certi assunti del senso comune erano anche assunti della Scienza; dice Nature:

Il primo assunto è la “località” – l’idea che una misura fatta a Londra non possa essere influenzata da come si è usato un dispositivo di misura a New York. La seconda è il “realismo” – e cioè che ci sia una realtà che è indipendente da quello che si misura o si osserva

Al momento invece, mentre questi due assunti rimangono assunti del senso comune ed anche di parecchie discipline scientifiche essi non sono più assunti della Scienza in generale e in particolare della MQ, mentre è chiaro che le applicazioni della MQ, (questa per esempio sul giornale di ieri http://www.repubblica.it/scienze/2014/06/05/news/teletrasporto_quantistico_cos_viaggeranno_le_informazioni_ultra_sicure_del_futuro-88112559/?ref=HRERO-1) sono ormai all’ordine del giorno e noi chimici lo sappiamo bene, ma lo sanno bene anche i fisici e perfino certi ingegneri e certi biologi.

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Per capire qualcosa di più partiamo dal motivo occasionale dell’articolo di Nature; si tratta della celebrazione del cinquantennio di pubblicazione di uno degli articoli più importanti per la meccanica quantistica: le cosiddette disuguaglianze o teorema di Bell (J. S. Bell, On the Einstein Podolsky Rosen Paradox, Physics 1, 195-200 (1964)) che insieme al teorema di Kochen–Specker (http://en.wikipedia.org/wiki/Kochen%E2%80%93Specker_theorem) rappresentano una sorta di colonne d’Ercole per le interpretazioni della Meccanica quantistica. E’ da dire che la pubblicazione avvenne alla fine del 1964, e l’articolo di Nature è un po’ in anticipo.

Non sono un esperto, come al solito, e mi tocca fare una fatica boia per cercare di non raccontarvi sciocchezze o cose scontate e raccontarle in linguaggio piano e il più possibile esente da errori. Secondo me le cose stanno così e spero che qualche esperto mi confermi. Se no correggetemi, non mi vergogno.

La scoperta del quanto di Planck (1900), ossia che l’energia non poteva essere assorbita o ceduta in quantità grandi a piacere, ma solo multiple di una molto piccola, e le successive applicazioni di questa idea con la formalizzazione matematica che ne è seguita sono state veramente rivoluzionarie.

bell4E lo sono state per gente che non si metteva paura di usare questo termine; nel decennio 1900-1910 si sono gettate le basi di meccanica quantistica e della relatività ed Albert Einstein è stato protagonista di entrambe; eppure…..

Eppure nel 1935 Albert Einstein scriveva, dopo la affermazione della cosiddetta “interpretazione di Copenhagen” della MQ e insieme a Podolsky e Rosen un articolo (Physical Review, 47 (777-789) 1935 Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete’ ?) che ne metteva in dubbio la validità.

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Il ragionamento era semplice tutto sommato ed è condensato nell’abstract che qui riporto:

In una teoria completa c’è un elemento corrispondente a ciascun elemento di realtà. Una condizione sufficiente per la realtà di una quantità fisica è la possibilità di predirla con certezza, senza disturbare il sistema. Nella MQ nel caso di due quantità fisiche descritte da operatori che non commutano (NdT e che sono per questo legate alle relazioni di indeterminazione di Heisenberg) la conoscenza dell’una preclude quella dell’altra. Allora o 1) la descrizione della realtà data dalla funzione d’onda in quanto meccanica è incompleta, oppure 2) queste due quantità non sono reali simultaneamente. Considerando il problema di fare predizioni sul sistema sulla base di misure fatte su di un altro sistema che era stato fatto interagire precedentemente con esso (NdT e che quindi rimane ad esso correlato, o come si dice entangled) porta al risultato che, se la condizione 1) è falsa, è falsa anche a 2). Così siamo costretti a concludere che la descrizione della realtà come data dalla funzione d’onda è incompleta.”

L’ articolo dei tre criticoni conclude:

While we have thus shown that the wave function does not provide a complete description of the physical reality, we left open the question of whether or not such a description exists. We believe, however, that such a theory is possible.”

Il cuore del problema è che usando il fenomeno della correlazione fra particelle (entanglement) si arriva all’inaspettato risultato che è come se le particelle correlate si scambiassero informazioni a velocità superiori a quelle della luce, ma questo viola la relatività; l’interpretazione di Copenhagen usa il concetto del collasso della funzione d’onda, un fenomeno un po’ misterioso, lo confesso per spiegare il problema. Ma non convince tutti. Questo risultato, conosciuto come “paradosso EPR” ha dato filo da torcere fino al 1964, quando fu pubblicato il lavoro di Bell.

Il ricercatore irlandese (come “chiaramente” esemplificato dai suoi capelli rossi) era anch’egli convinto che qualcosa non andava nella MQ, (fu Bohmiano fino alla morte) ma gli toccò la sorte di ricavare con grande precisione quali risultati si sarebbero avuti sperimentalmente facendo esperimenti del tipo di quelli proposti da Einstein e colleghi; la sua conclusione fu che tali risultati sarebbero stati diversi nei due casi: se valeva la MQ o se valeva l’idea di Einstein che ci fossero della variabili nascoste, delle quantità non ancora misurate e considerate; nel corso degli anni tali condizioni, espresse come diseguaglianze e ulteriormente confermate dall’altro set di condizioni (il teroema di Kochen–Specker) sono state verificate sperimentalmente da molti gruppi di ricercatori, con una precisione estremamente elevata; e così la conclusione è la seguente: l’ipotesi di Einstein dell’esistenza di variabili nascoste non regge alla verifica sperimentale; ma di conseguenza anche le idee del buonsenso.

Però, però, le cose non sono mai semplici; ci sono tre condizioni di “buonsenso” che usiamo di solito nei nostri ragionamenti: il “localismo”, ossia non esistono azioni magiche e spettrali, ”spooky” come diceva Einstein, istantanee e a distanza, il “realismo”, se mi giro da un’altra parte e non interagisco con le cose che mi stanno davanti, non ci faccio una “misura” direbbe Bohr, quelle continueranno ad esistere ed infine la “completezza” della conoscenza; la nostra conoscenza della natura può essere completa o incompleta, darci certezze o solo probabilità; badate non probabilità dipendenti da errori ma proprio probabilità e basta, come se il mondo giocasse a dadi ogni volta che funziona, un processo nelle medesime condizioni può avvenire ma anche no, capricciosamente. Noi di solito pensiamo che la Natura sia completamente conoscibile.

Ma le relazioni di Bell ci dicono che TUTTE E TRE queste condizioni insieme NON POSSONO VALERE; dobbiamo rinunciare ad una di esse.

E ci sono quindi tre possibilità, come ci racconta in un bell’articolo di stampo divulgativo il collega Nicrosini** in una rivista tutta ITALIANA di fisica teorica:

-se rinunciamo alla completezza della conoscenza stiamo fondamentalmente dicendo che la Natura si comporta come nella relazione fra Meccanica statistica e Termodinamica, si comporta come noi pensiamo ma solo in media, ma POTREBBE comportarsi diversamente, essere capricciosa; anche perchè non in tutti i casi abbiamo a che fare con grandi numeri che nel caso della Meccanica statistica ci assicurano dei risultati della Termodinamica;

– se rinunciamo al principio di realtà, abbiamo a che fare col neopositivismo, che oggi è la posizione ortodossa, quella sostenuta da Bohr e Heisenberg a Copenhagen nell’ormai lontano 1927. Le cose della MQ che è la scienza di base della materia corrispondono a risultati di esperimenti, non necessariamente a oggetti “materiali” con proprietà intrinseche; la Scienza non ci dice come sono fatte le cose del mondo, MA come è fatta la nostra conoscenza delle cose; le cose del mondo sono diverse dalla nostra conoscenza. (concettino mica da ridere ammetterete!)

– ed infine, terza possibilità, diventata realistica quando nel 1952 un signore chiamato Bohm decise che era venuto il momento di dimostrare che si poteva bell2costruire un punto di vista diverso da quello di Copenhagen, ma in tutto sperimentalmente coincidente con esso; abbandoniamo l’idea della località, la magica azione istantanea a distanza è possibile! La sua idea partiva da una cosa che tutti noi studiamo, le onde di De Broglie, le onde materiali associate ai corpuscoli materiali. In pratica sia i corpuscoli che le onde esisterebbero e i corpuscoli hanno un comportamento che è dominato dalla loro onda associata; in questo modo il localismo si perde, non ci sono comportamenti locali, l’atomo è infinito, noi e il mondo siamo tutt’uno, come raccontava in un famoso romanzo di fantascienza degli anni 40 il gioviano Aarn Munro.

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Le variabili nascoste non possono esistere sul piano locale, lo dimostra Bell, MA, ma lo possono sul piano non-locale. Detto in parole molto povere: in un certo senso è come se lo stesso spazio-tempo vibrasse dappertutto, manifestandosi localmente come un corpuscolo, ma i corpuscoli, gli atomi famosi non esistono, se non come manifestazione di tale oscillazione. Su questa idea pochi sono d’accordo e Bohm non è un idolo dei fisici. D’altronde la sua posizione non era tanto quella di costruire una nuova teoria, ma di dimostrare che c’era una alternativa al neopositivismo dell’interpretazione di Copenhagen.

Ovviamente io sono Bohmiano, o meglio essendo ribelle per natura mi entusiasma questa visione alternativa! Ma non sono il solo! In un recente esperimento macroscopico Yves Couder (2005), un fisico francese ha fatto vedere come una goccia di liquido possa risuonare con una superficie del medesimo liquido senza coalescenza e la goccia e la superficie oscillante esistano stabilmente; il filmato è spettacolare e mostra che l’associazione onda corpuscolo è un fenomeno che esiste anche in altri campi della conoscenza.

http://youtu.be/W9yWv5dqSKk

https://www.youtube.com/watch?v=nmC0ygr08tE

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Mettere così in correlazione le onde di De Broglie e quelle di Faraday mi ha fatto sciogliere, letteralmente, anche perchè le onde di Faraday le avevo usate anche io per misurare l’angolo di contatto (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775702000729)

Voi che ne dite?

Per approfondire:

**http://people.na.infn.it/~santorel/docs/mq1/EPR&Bell.pdf Paradosso EPR e Teorema di Bell di Oreste Nicrosini, Quaderni di Fisica Teorica 1991

 http://www.europhysicsnews.org

2 thoughts on “Il buonsenso è morto affatto!

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