Saggi

La meccanica quantistica e i diversi livelli della realtà fisica

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“Spin Family (Bosons and Fermions)”, 2009 di Julian Voss-Andreae

di Davide Fiscaletti

Le leggi della natura non possono fare
alcuna differenza tra realtà ed
informazione. L’informazione è la
materia primordiale dell’universo.

Anton Zeilinger

La meccanica quantistica è probabilmente la teoria fondamentale della fisica moderna che ha contribuito di più a modificare l’interpretazione dei fenomeni della natura. Fin dal tempo della sua formulazione, questa teoria ha fatto molto parlare di sé a causa delle sue scoperte rivoluzionarie nei più svariati settori della ricerca, dal mondo dell’infinitamente piccolo (struttura atomica e nucleare, fisica delle particelle elementari) al mondo dell’infinitamente grande (astrofisica e cosmologia). Inoltre, oggi si usano sovente espressioni ad effetto come teletrasporto quantistico, crittografia quantistica, informazione quantistica, computazione quantistica.

Chiunque è in grado di capire il motivo per cui questo settore sia sempre al centro dell’interesse dei fisici. Nonostante le sue numerosissime conferme sperimentali e i suoi enormi successi predittivi, la fisica quantistica ci mostra i limiti di una visione realistica del mondo. Ma qual è il velo che si nasconde dietro il termine “quanti”? Possiamo dire che, a oltre 80 anni dalla sua formulazione originale, il significato della meccanica quantistica continua ad essere oggetto di un acceso e vivace dibattito.

I padri fondatori della teoria quantistica (Bohr, Heisenberg, Born) ci hanno lasciato in eredità una visione che va sotto il nome di interpretazione ortodossa, o di Copenaghen, della meccanica quantistica. Secondo l’interpretazione di Copenaghen, il mondo che ci circonda può essere suddiviso in due livelli, il livello macroscopico governato dalle leggi della fisica classica e il livello microscopico regolato dalle leggi quantistiche. Per riprodurre e spiegare i fenomeni che osserviamo, la visione ortodossa coinvolge un osservatore che esegue esperimenti su sistemi quantistici microscopici usando apparati classici macroscopici. I sistemi quantistici sono descritti da una funzione d’onda, ente matematico che viene usato per calcolare la probabilità di trovare il sistema sotto studio, a un certo istante, in una certa posizione ma che non fornisce nessuna descrizione chiara dello stato oggettivo di realtà del sistema in considerazione. Invece, l’osservatore e l’apparato di misura vengono descritti classicamente e si assume che possiedono stati ben definiti di realtà.

Malgrado la teoria quantistica ortodossa sia perfettamente funzionante dal punto di vista delle predizioni empiriche, ciononostante non è scevra da interne contraddizioni. In particolare, non può essere considerato soddisfacente il ricorso a due diverse categorie di leggi a seconda che il sistema fisico in considerazione sia o meno oggetto di osservazione. Per sistemi fisici microscopici isolati, la dinamica della funzione d’onda è data dall’equazione di Schrödinger, che è un’equazione lineare deterministica. Invece, ogni qualvolta viene eseguita una misura, la funzione d’onda del sistema quantistico cessa di evolvere secondo l’equazione di Schrödinger per obbedire alla cosiddetta regola del “collasso” della funzione d’onda: quando c’è un’interazione tra un sistema quantistico e un apparato di misura, le variabili classiche che caratterizzano l’apparato di misura subiscono dei “salti” casuali imprevedibili regolati dalle variabili del sistema quantistico e questo fa sì che la funzione d’onda del sistema quantistico misurato collassa istantaneamente nello stato associato al valore della grandezza misurata. Lo stato finale non è predicibile con certezza ma solo probabilisticamente e, di fatto, il collasso della funzione d’onda è determinato dall’interazione tra l’osservatore – e il suo apparato di misura – con l’oggetto quantistico misurato. Di conseguenza, nell’ambito dell’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, non è possibile fornire una descrizione causale dei fenomeni atomici e subatomici, quando vengono compiute delle misurazioni sui sistemi fisici: la funzione d’onda porta soltanto un’informazione riguardo i possibili risultati di un processo di misura.

QP - CopiaMa, dove può essere collocata la linea di confine tra ciò che è classico e ciò che è quantistico? Quando possiamo trattare un oggetto come classico e quando dobbiamo invece trattarlo come quantistico? Sulla base dei risultati sperimentali, i sistemi quantistici sembrano abitare un livello esotico, indefinito, contrariamente a quello che succede ai sistemi macroscopici della nostra esperienza quotidiana, nonostante questi siano in ultima analisi costruiti a partire dai sistemi quantistici. La teoria quantistica, quale è stata sviluppata dai suoi padri fondatori, è formulata in un modo tale da implicare un confine drammatico tra il dominio classico e quello quantistico. In altre parole, nell’interpretazione di Copenaghen, la distinzione tra microscopico e macroscopico, così come quella tra livello classico e livello quantistico, mancano di una definizione precisa. Questo è anche legato all’ipotesi, su cui si basa l’interpretazione di Copenaghen, della completezza della teoria quantistica. Vale a dire, nell’ambito della visione ortodossa, si assume che la descrizione quantistica fornita dalla funzione d’onda è completa: tutto quello che c’è da sapere su un dato sistema fisico ad un qualsiasi istante assegnato si può ricavare dalla sua funzione d’onda.

D’altra parte, la meccanica quantistica introduce molti più scenari e prospettive di quelli offerti da ogni teoria fisica precedente. In particolare, l’aspetto più fondamentale, sorprendente ed intrigante che emerge dal formalismo quantistico sta nel fatto che le particelle sono in grado di comunicare tra loro informazioni istantaneamente a prescindere dalla loro distanza, vale a dire sono connesse in modo non-locale e possono trovarsi in stati dati dalla sovrapposizione di situazioni macroscopicamente distinguibili e percettivamente diverse (che costituisce il contenuto del principio di sovrapposizione degli stati). Per quel che riguarda il principio di sovrapposizione, questo porta a delle situazioni paradossali allorché viene applicato alla trattazione dei sistemi macroscopici, come nel caso del famoso esperimento mentale di Schrödinger in cui la situazione oggettiva di un gatto che si trova all’interno di una scatola assieme ad una sorgente radioattiva che ha una probabilità del 50% di disintegrarsi in un’ora è rappresentata da uno stato risultante dalla sovrapposizione di morte e vita.

Per quanto riguarda la questione della non-località, si può dire che tutto è iniziato a partire dalla pubblicazione nel 1935 da parte di Einstein, Podolski e Rosen, di un famoso lavoro dal titolo La descrizione quantistica della realtà può considerarsi completa? in cui è stato sviluppato quello che è poi stato chiamato il paradosso, o meglio, argomento EPR (dalle iniziali dei tre autori). Consideriamo due particelle A e B che hanno condiviso una particolare esperienza di accoppiamento alla loro nascita e che poi vengono allontanate e portate in estremi opposti dell’universo; allora, in base al formalismo della meccanica quantistica, se ad un certo istante effettuiamo una misura sulla particella A, è possibile conoscere istantaneamente lo stato della particella B, a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse. Il paradosso EPR era, in realtà, una critica di Einstein all’idea che la meccanica quantistica sia una teoria completa nel descrivere la natura (per Einstein l’incompletezza della teoria quantistica nel fornire una descrizione di un sistema fisico in una maniera indipendente da ogni atto di osservazione era la sorgente di tutti i problemi). I fisici hanno cercato di spiegare l’esperimento EPR assumendo che ci sia una sorta di “messaggero” che parte dalla particella A per raggiungere la particella B e informarla di assumere un certo comportamento. Ma l’informazione arriva istantaneamente e quindi l’idea di un ipotetico messaggero non solo non funziona ma sembra avere poco senso.

Fenomeni apparentemente inspiegabili come quelli che si verificano in esperimenti di tipo EPR sono stati studiati e hanno trovato una loro compiuta spiegazione e formalizzazione in un noto teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell: “Quando due particelle sono emesse in direzioni opposte e le proprietà di una di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietà dell’altra particella – anche esse misurate – saranno correlate indipendentemente dalla distanza che le separa.”. La dimostrazione del teorema di Bell implica che un’esperienza avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma di “connessione” per cui il comportamento di ciascuna delle due condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse. Per esempio, nel caso di due particelle subatomiche inizialmente accoppiate e che poi vengono separate e allontanate l’una dall’altra, se ad un certo istante invertiamo lo spin[1] di una delle due, in quello stesso istante anche l’altra inverte il suo spin, indipendentemente dalla distanza che separa le due particelle. La dimostrazione di Bell del 1964 utilizza il ragionamento di Einstein, Podolski e Rosen ed è proprio in virtù di tale ragionamento che le conclusioni dei Bell sono del tutto generali. In base al teorema di Bell, la meccanica quantistica, e in generale qualunque teoria in accordo con l’evidenza sperimentale, è necessariamente non locale.

È importante sottolineare che, nell’interpretazione di Copenaghen, la non-località emerge di fatto come un ospite inatteso, nascosto dietro l’interpretazione puramente probabilistica della funzione d’onda. Tuttavia, tutti i risultati sperimentali che abbiamo finora a disposizione mostrano che la non-località, la non separabilità delle particelle subatomiche deve essere considerata una proprietà essenziale ed ineludibile del regime quantistico.

Per gran parte del ventesimo secolo c’è stato un largo consenso sul fatto che le questioni di interpretazione dei fenomeni microscopici sono state chiarite da Bohr e Heisenberg nella seconda metà degli anni 20’ del secolo scorso, e che, malgrado le sue apparenti peculiarità, l’interpretazione di Copenaghen dovrebbe essere semplicemente accettata in modo pragmatico. Tuttavia, alla luce delle ambiguità che caratterizzano il mondo quantistico nell’ambito dell’interpretazione ortodossa  (che qui abbiamo sintetizzato brevemente), negli ultimi trent’anni il consenso sulla visione dei processi microscopici si può considerare evaporato e i fisici si sono trovati a fare i conti con svariate interpretazioni alternative – e radicalmente divergenti – della meccanica quantistica. Così, per quel che riguarda il dibattito sui fondamenti della meccanica quantistica, si può ragionevolmente affermare che lo scontro tra gli ortodossi e i dissenzienti, iniziato con la famosa conferenza Solvay del 1927 (in cui non meno di tre distinte teorie della fisica quantistica furono presentate e discusse: la teoria dell’onda pilota di de Broglie, secondo cui le particelle subatomiche sono oggetti puntiformi con traiettorie continue guidate dalla funzione d’onda; la meccanica ondulatoria di Schrödinger, in cui le particelle sono pacchetti d’onda localizzati che si muovono nello spazio; e la meccanica quantistica di Bohr e Heisenberg, secondo cui non si possono definire stati di realtà oggettivi dei sistemi quantistici in una maniera indipendente dall’osservazione), non ha mai trovato composizione e continua ai giorni nostri tra gli ammiratori dell’interpretazione ortodossa e i seguaci di visioni alternative.

Sebbene la maggioranza dei fisici ritenga che il dibattito sulla teoria quantistica tra Einstein e Bohr, durato decenni, sia stato vinto da Bohr e che questo dibattito sia per lo più filosofico e non suscettibile di alcuna soluzione scientifica, tuttavia, oggi possiamo affermare con certezza che quel dibattito è stato risolto, e, in effetti, a favore di Einstein: quello che Einstein desiderava e che Bohr riteneva impossibile, in effetti, esiste. Esiste una meccanica quantistica che fornisce una “descrizione completa di ogni situazione reale (individuale) che si suppone possa esistere indipendentemente da ogni atto di osservazione o di verifica”, in altre parole una meccanica quantistica basata su un’ontologia primitiva che fornisce stati di realtà ai sistemi fisici. Anzi, possiamo dire che oggi disponiamo di diverse formulazioni di questo tipo.

Dal 1952 esiste una teoria che rende conto di tutti i fatti quantistici in maniera naturale ed elegante senza alterare le predizioni: si tratta della cosiddetta versione di Bohm della meccanica quantistica, anche nota come teoria d’onda pilota di de Broglie-Bohm.  Questa teoria descrive un mondo in cui gli elettroni, i quark e le altre particelle puntiformi si muovono lungo traiettorie ben definite, sebbene non classiche, secondo una precisa legge del moto determinata dalla funzione d’onda. Nell’interpretazione di Bohm, un sistema di particelle è descritto in parte dalla sua funzione dell’onda che evolve, come di consueto, secondo l’equazione di Schrödinger. Tuttavia, la funzione dell’onda fornisce soltanto una descrizione parziale del sistema. Questa descrizione è completata dalla specificazione delle posizioni reali delle particelle la cui evoluzione è regolata da una equazione di guida che esprime le velocità delle particelle in termini della funzione d’onda. Perciò nella versione di Bohm della meccanica quantistica la configurazione di un sistema di particelle evolve secondo un movimento che è governato dalla funzione d’onda, in altre parole si può dire che il movimento delle particelle è in qualche modo coreografato dalla funzione d’onda. La teoria di Bohm risolve tutti i paradossi della meccanica quantistica. In questa teoria il gatto dell’esperimento mentale di Schrödinger è sempre o vivo o morto, essendo questa sua condizione determinata dalle posizioni delle particelle che lo costituiscono e che hanno sempre, ad ogni istante, valori ben definiti.

A partire dal 1986 i fisici italiani Gian Carlo Ghirardi, Alberto Rimini e Tullio Weber ebbero successo nello sviluppare un’altra teoria che evita di attribuire un ruolo speciale all’osservatore, nota come localizzazione spontanea, o “teoria GRW”. In questa teoria la linea di demarcazione tra livello classico e livello quantistico è definita da una nuova costante di natura. Contrariamente a quel che accade nell’interpretazione di Copenaghen, in questa teoria il confine tra mondo classico e mondo quantistico è suscettibile di indagine sperimentale, e sebbene il presente sviluppo tecnologico non permetta ancora di portare a termine esperimenti cruciali, la teoria è in linea di principio falsificabile, perché prevede che su una ben definita scala l’interferenza quantistica sia soppressa. Secondo la proposta di Ghirardi, Rimini e Weber, l’ontologia di base di questa teoria è rappresentata da un campo sullo spazio fisico che può essere identificato, su scala macroscopica, con l’usuale densità di massa degli oggetti fisici. La descrizione che ne deriva, in termini di come la massa degli oggetti si distribuisce nello spazio fisico in accordo con i valori assunti da questo campo, è in completo accordo con la nostra esperienza quotidiana, e include gatti, contatori Geiger e nastri di carta; secondo questa descrizione, il gatto dell’esperimento mentale di Schrödinger non risulta essere un agglomerato di particelle, ma corrisponde ad una data configurazione del campo che, su scala macroscopica, ne disegna le sembianze familiari.

Un’altra interpretazione della meccanica quantistica senza lo spettro l’osservatore è poi la cosiddetta formulazione delle storie. Nella formulazione delle storie c’è l’idea molto originale e appropriata di considerare il sistema composto costituito dall’oggetto misurato e dall’apparato misuratore come un tutt’uno (con la conseguenza che le misurazioni vengono affrontate alla stessa stregua degli altri processi di interazione quantistici) e di “raccontare” una storia che gli si adatti alla quale viene automaticamente associata una ben precisa probabilità. Questa rappresenta allora la probabilità che la storia sia vera, cioè corrisponda a quello che effettivamente avviene ai tempi considerati e con riferimento alle grandezze fisiche prese in esame. Le storie sono inoltre raggruppate in famiglie di storie compatibili o, come si dice in gergo tecnico, decoerenti (in una stessa famiglia, ci possono stare tutte quelle storie che non presentano proprietà incompatibili tra di loro). A ogni set decoerente di storie corrisponde una descrizione sensata in termini di certe grandezze, cambiando set si cambia descrizione. La funzione peso per un set di storie alternative, se soddisfa al criterio di decoerenza, è interpretabile formalmente come una distribuzione di probabilità. In questa formulazione, il collasso della funzione d’onda non è un processo fisico ma una sorta di “ricetta” logica che permette di trattare il sistema dopo l’interazione con l’apparato come se fosse isolato, fornendo uno stato iniziale con cui calcolare predizioni per il futuro.

Quando questi approcci vengono analizzati attentamente, ne scaturisce una lezione filosofica molto importante: nella struttura di queste teorie si possono scorgere alcune caratteristiche molto generali che sono, in effetti, comuni a tutte le “teorie quantistiche senza l’osservatore”, cioè a tutte le formulazioni precise e serie della meccanica quantistica che non sono basate su nozioni vaghe e imprecise come “misura” o “osservatore” o “sistema cosciente”. Una caratteristica essenziale di queste teorie è la loro ontologia primitiva – le particelle nell’approccio di Bohm o la densità di massa nella teoria GRW o la funzione peso per un set di storie alternative nella formulazione delle storie.

Interpretazione di Bohm, teoria GRW e formulazione delle storie sono teorie che alla precisione numerica della meccanica quantistica convenzionale fanno corrispondere un’altrettanta precisione concettuale nella formulazione dei loro assiomi. Si tratta di teorie che, per così dire, chiariscono le idee fondamentali di una formulazione completa della meccanica quantistica. In queste teorie, contrariamente a quello che accade nell’interpretazione di Copenaghen, le variabili classiche sono interamente determinate dall’ontologia primitiva, sia sul piano fisico che su quello metafisico – sopravvengono sull’ontologia primitiva, come si suole dire nel gergo filosofico corrente. Le leggi di natura espresse in termini delle variabili classiche – le leggi della termodinamica, per esempio – non sono altro che una manifestazione macroscopica delle leggi fondamentali espresse in termini delle funzioni d’onda quantistiche.

D’altra parte il carattere di arbitrarietà delle conclusioni a cui giunge la formulazione ortodossa nell’analisi dei processi quantistici può essere evidenziato anche sulla base di altre significative versioni della meccanica quantistica che, pur attribuendo un ruolo peculiare all’osservatore, consentono di affrontare in una maniera coerente il problema della misurazione. Si pensi, in particolare, alle interpretazioni a molti mondi e a molte menti. Nell’interpretazione a molti mondi, tutte le possibilità implicite nella funzione d’onda e corrispondenti a situazioni macroscopicamente distinguibili e percettivamente diverse esistono effettivamente in diversi mondi fisici. La visione delle molte menti colloca la ramificazione della funzione d’onda in una molteplicità di possibilità nella consapevolezza invece che nel mondo esterno, in altre parole tutte le percezioni della mente umana corrispondenti alle diverse possibilità contenute nella funzione d’onda si danno effettivamente. In particolare, Louis Marchildon dell’università del Quebec ha mostrato recentemente che la soluzione del problema dell’attualizzazione delle proprietà fornita dall’interpretazione a molti mondi comporta che l’universo (ad ogni istante assegnato) non è adeguatamente specificato fornendo una singola configurazione spaziale, ma coinvolge di fatto molte configurazioni (che differiscono in aspetti macroscopici), le quali si possono identificare mediante una variabile addizionale che può essere vista come una dimensione aggiuntiva della realtà. Questa dimensione addizionale della realtà può essere considerata, in qualche modo, un’ontologia primitiva dell’interpretazione a molti mondi in grado di rendere conto del comportamento classico che caratterizza il livello della realtà esperita e, quindi, in pratica, assume un ruolo simile a quello che avviene, per esempio, per le particelle nella teoria di Bohm. E’ tra l’altro significativo il fatto che l’interpretazione a molti mondi appare compatibile con recenti osservazioni cosmologiche, cioè con l’esistenza di universi paralleli (a questo proposito, particolarmente rilevanti appaiono i risultati recenti ottenuti dai fisici americani Susskind e Bousso riguardo al legame tra l’interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica e la teoria cosmologica del multiverso).

Ad ogni modo, a parere dell’autore, la chiave per comprendere i fondamenti della meccanica quantistica è rappresentata dalle formulazioni di Bohm, di GRW e delle storie, essendo queste costruite, per quanto riguarda i loro assiomi, in modo concettualmente coerente e preciso e non essendo appunto imbarazzate dalla presenza di un osservatore cosciente. E in anni recenti stiamo effettivamente assistendo a interessanti e rilevanti sviluppi di questi approcci. Per esempio, per quanto riguarda la teoria GRW, Goldstein, Tumulka e Zanghì hanno recentemente sviluppato un formalismo unitario, Tumulka ha elaborato una versione relativistica e Dorato ha suggerito la suggestiva possibilità di interpretare questa teoria come un’ontologia di disposizioni, nel senso che nei processi di misura le particelle avrebbero una disposizione, una propensità alla localizzazione spontanea.

Ancora più significativi, a parere dell’autore, sono gli sviluppi recenti riguardanti l’approccio di Bohm, il quale ha tra l’altro il merito di introdurre nuovi livelli, nuovi scenari della realtà fisica. Nella comprensione delle caratteristiche della teoria di Bohm un ruolo centrale è assunto dal potenziale quantico, un’entità che, all’interno del formalismo di questa teoria, emerge direttamente dall’equazione di Schrödinger e garantisce la conservazione dell’energia del sistema in considerazione. Si tratta di un potenziale nato dal “vuoto” che non opera come i campi elettromagnetici classici, la cui azione dipende dall’intensità e dalla distanza, ma che agisce in maniera istantanea e solo come pura “forma”. Nell’approccio di Bohm, ciascuna particella subatomica si comporta in pratica come una nave che arriva al porto grazie alla potenza dei suoi motori ma sotto la guida di un radar che le indica la strada da seguire. I motori rappresentano il comportamento classico delle particelle nel mondo fisico che conosciamo (per esempio l’azione dei campi elettromagnetici), mentre il radar rappresenta l’azione del potenziale quantico. L’azione del potenziale quantico è di tipo spazio, cioè il potenziale quantico determina sulla particella un’azione non locale, istantanea. Nell’esperimento della doppia fenditura, per esempio, se una delle due fenditure è chiusa, il potenziale quantico cambia, e questa informazione arriva istantaneamente alla particella che si comporta di conseguenza. Così, mentre nell’interpretazione di Copenaghen la non-località quantistica è un ospite inatteso, nell’ambito della sua interpretazione alternativa Bohm è riuscito a rendere conto di questa caratteristica essenziale della meccanica quantistica proprio tramite il potenziale quantico, che può quindi essere considerato l’ontologia primitiva della non-località. Bohm ha mostrato che è proprio il potenziale quantico a determinare la non-località dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica simbiosi cosmica.PW-2013-04-163-Communication-without-particles-pic1

Il potenziale quantico è in grado di introdurre rilevanti prospettive e linee di ricerca, sia dal punto di vista fisico, sia dal punto di vista della visione del mondo: si pensi, per esempio, all’estensione stocastica-causale di Vigier, all’interpretazione del potenziale quantico come potenziale di informazione (Bohm e Hiley), all’idea di un ordine implicito (Bohm) o di un pre-spazio (Hiley) come livello fondamentale della realtà fisica. In virtù delle sue caratteristiche, il potenziale quantico può essere interpretato come un’entità geometrodinamica: ha una natura geometrica perché contiene un’informazione contestuale, globale riguardo all’ambiente in cui l’esperimento viene eseguito; e allo stesso tempo è un’entità dinamica in quanto questa informazione riguardo al processo fisico e all’ambiente è attiva, determina il comportamento delle particelle in considerazione. La geometria sottesa dal potenziale quantico introduce rilevanti prospettive unificanti. Nikolic, Horton e Dewdney hanno recentemente sviluppati interessanti modelli geometrodinamici unitari della teoria di Bohm in ambito relativistico. Molto significativo è il modello sviluppato dai fisici iraniani Fatima Shojai e Ali Shojai nel 2004, il quale mostra che il potenziale quantico è in grado di fondere gli aspetti gravitazionali e quantistici della materia: per quel che riguarda il comportamento di particelle di spin zero in regime relativistico, il potenziale quantico dà un contributo alla curvatura che si aggiunge a quello classico e che rivela profonde ed inaspettate connessioni tra la gravitazione ed i fenomeni quantistici. Il modello sviluppato da questi due fisici iraniani indica così che gli effetti della gravità sulla geometria e gli effetti quantistici sulla geometria dello spazio-tempo sono fortemente accoppiati. Un altro contributo recente molto interessante è rappresentato dalla “versione entropica della teoria di Bohm” – proposta originariamente dal fisico russo Sbitnev per la particella singola e poi esteso dall’autore di questo articolo a sistemi di molti corpi – in cui le caratteristiche del potenziale quantico derivano da una quantità fisica fondamentale, chiamata opportunamente entropia quantistica, la quale indica, in regime quantistico, il grado di “caos” del “vuoto” sottostante alla distribuzione spazio-temporale dell’insieme di particelle associate alla funzione d’onda in considerazione e che quindi descrive, in qualche modo, la deformazione della geometria in regime quantistico. Nella versione entropica della teoria di Bohm, l’entropia quantistica costituisce una sorta di entità intermediaria tra il background dei processi e il comportamento delle particelle subatomiche, in altre parole tra l’azione del potenziale quantico e il comportamento delle particelle e, inoltre, risulta essere la chiave fondamentale di spiegazione della correlazione – prevista dal modello degli Shojai – tra gli aspetti gravitazionali e quantistici della materia.

D’altra parte, la stessa non-località quantistica introduce scenari suggestivi per quel che riguarda l’esistenza di un’arena fondamentale dei processi fisici. Sulla base dell’interpretazione di Bohm si arriva alla conclusione che l’ordine cartesiano basato sulla divisione tra res extensa e res cogitans non può essere utilizzato per rendere conto delle correlazioni non-locali tra le particelle. E’ richiesto un ordine radicalmente nuovo per spiegare i processi quantistici. A questo proposito, a partire dal 1980 Bohm suggerì che per quanto riguarda la meccanica quantistica è necessario parlare di diversi “livelli” della realtà fisica. Più precisamente, Bohm introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito ed ordine implicito. Nella visione di Bohm, l’interpretazione standard e il suo formalismo ci permetterebbero di rendere conto del foreground, dell’ordine esplicito del mondo macroscopico così come ci appare dalle nostre misure, e che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie; quello che avviene nell’ordine esplicito rappresenterebbe tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello del background e dell’ordine implicito, caratterizzato da non località e non separabilità. L’introduzione di un ordine implicito dei processi quantistici implica la costruzione di nuovi approcci con un nuovo appropriato formalismo matematico, in cui la non-località sia inserita ab initio, come proprietà fondamentale e intrinseca dello spazio-tempo, mentre le particelle emergano come modi di vibrazioni di un campo globale che è l’espressione dinamica del livello fondamentale. L’idea dell’ordine implicito assume così un notevole rilievo in quanto permette di introdurre suggestivi scenari e nuovi mondi, ancora in gran parte da esplorare (a questo proposito, si possono segnalare le geometrie non-commutative sviluppate da Basil Hiley e, più recentemente, l’interpretazione immediata della non località quantistica e l’idea dello spazio come mezzo immediato di informazione in esperimenti di tipo EPR proposte dall’autore).

Alla luce delle questioni riguardanti i processi atomici e le diverse letture della meccanica quantistica analizzate in questo articolo, possiamo ragionevolmente concludere che nei fondamenti della nostra visione e comprensione del mondo fisico si annida un insieme di scenari e prospettive molto maggiore rispetto a quanto credono gli esponenti dell’ortodossia. In particolare, emerge in modo chiaro la possibilità che esistano veri e propri diversi “livelli” della realtà fisica, ciascuno caratterizzato da un proprio formalismo e da una propria ontologia fondamentale. La chiave sarà quella di trovare un formalismo unitario in grado di collegare tra di loro, sia sul piano matematico sia sul piano concettuale, le caratteristiche di questi diversi livelli.


[1] Per spin si intende una sorta di momento angolare di rotazione della particella attorno ad un asse passante per il suo centro.

Bibliografia di riferimento:

D. Fiscaletti, I Gatti di Schrodinger. Meccanica Quantistica e Visione del mondo, Roma, Franco Muzzio Editore, 2007.
I. Licata, Osservando la Sfinge. La Realtà Virtuale della Fisica Quantistica, 3ed , Roma, Di Renzo Editore, 2009.

_________________________

IMG_0406_1*Davide Fiscaletti, marchigiano, laureato in fisica all’università di Bologna, è membro ricercatore dello SpaceLife Institute. Si interessa di fondamenti della fisica teorica e di questioni interpretative della meccanica quantistica. E’ autore dei libri I fondamenti nella meccanica quantistica. Un’analisi critica dell’interpretazione ortodossa, della teoria di Bohm e della teoria GRW (CLEUP, Padova, 2003), I gatti di Schrödinger. Meccanica quantistica e visione del mondo (Muzzio, Roma, 2007), Prospettive alla ricerca del graal. Verso una visione unitaria di spazio, materia e vita (Aracne Editrice, Roma, 2010), e con Ignazio Licata di Quantum Potential. Physics, Geometry, Algebra ( Springer, 2014) nonché di molti articoli apparsi in varie riviste scientifiche. Tiene seminari e conferenze.

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