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Capire la meccanica quantistica fino in fondo è forse impossibile, e non per colpa di chi ci prova. Il problema di base è che la fisica l’hanno inventata gli esseri umani, partendo da quello che vedono attorno a sé: si osserva, si costruisce un modello mentale del mondo, e da lì si arriva anche parecchio lontano. I bambini lo fanno, i fisici adulti pure. Così sono nate le leggi del moto di Newton. Tutto si complica quando l’oggetto dell’osservazione diventa minuscolo e invisibile, come le particelle subatomiche.
Quello è il cosiddetto regno quantistico, nome che il cinema ha reso popolare con Ant-Man. Non è un posto in cui andare indossando una tuta speciale, perché ci siamo già dentro e sta anche dentro di noi. Solo che i fenomeni quantistici sono talmente strani che questo strato profondo della realtà sembra davvero un universo alternativo. Richard Feynman disse una frase diventata celebre: nessuno capisce veramente la meccanica quantistica. Non intendeva dire che il comportamento quantistico sia inspiegabile, visto che oggi esistono modelli capaci di prevederne i risultati con precisione impressionante. Intendeva che afferrarlo del tutto, dalla prospettiva macroscopica in cui vive chiunque, resta fuori portata.
L’esperimento della doppia fenditura, quello che manda in crisi l’intuizione
Il modo migliore per vedere la stranezza all’opera è il famoso esperimento della doppia fenditura. Thomas Young usò questo apparato nel 1801 per dimostrare che la luce si propaga come un’onda. Molto più tardi, nel 1961, Claus Jönsson ne costruì una versione in miniatura e mostrò che anche le particelle subatomiche dotate di massa si comportano come onde.
Immaginiamo la versione grande: una parete con due aperture verticali strette e una macchina che spara palline da tennis. Alcune colpiscono il muro, altre passano a sinistra, altre a destra. Dietro c’è una seconda parete coperta di velcro, così ogni pallina che arriva resta attaccata. Il risultato è prevedibile, due gruppi di palline corrispondenti alle due aperture.
Ripetendo la scena con fenditure microscopiche e un cannone che spara elettroni, il buon senso suggerirebbe la stessa cosa, dato che gli elettroni vengono immaginati come biglie che orbitano attorno a un nucleo. Invece no. Sullo schermo compaiono più bande, esattamente come accade con la luce. Con le onde funziona così: prima la diffrazione, ogni apertura allarga il fronte d’onda come un’onda marina che passa da una breccia nella diga, poi la sovrapposizione dei due fronti crea un motivo di interferenza. Dove le onde sono in fase appare una banda chiara, dove sono in opposizione una scura. Modellare gli elettroni come onde funziona, ed è l’idea alla base dell’equazione di Schrödinger, che descrive come un sistema quantistico cambia nel tempo e nello spazio.
Sovrapposizione, il gatto e la misura che cambia tutto
Resta la domanda vera: gli elettroni passano da entrambe le fenditure come onde oppure ognuno ne attraversa una sola, come una pallina? La risposta è entrambe le cose. Regolando il cannone in modo che spari un elettrone alla volta, senza possibilità di interferenza reciproca, il motivo a bande ricompare comunque. Ogni particella interferisce con sé stessa. Per questo si parla di sovrapposizione, una combinazione dei due percorsi possibili.
Piazzando una piccola sorgente luminosa vicino a ciascuna fenditura, per capire dove passa l’elettrone, il motivo di interferenza sparisce e torna il risultato tipo pallina da tennis. La misura fa collassare la funzione d’onda.
Erwin Schrödinger, pioniere della teoria, questa parte non la digeriva. Da qui il celebre gatto di Schrödinger: un gatto in una scatola insieme a un atomo radioattivo, un rivelatore e una fiala di veleno, vivo e morto allo stesso tempo finché nessuno apre. Obiezione smontata facilmente, perché nessuno sosteneva che la sovrapposizione valga per oggetti grandi, e perché una misura era già avvenuta, visto che il dispositivo del veleno controllava l’atomo.
Schrödinger sbagliava, come sbagliava Einstein che la pensava allo stesso modo. Molti esperimenti hanno confermato che la sovrapposizione è reale e che l’incertezza è una caratteristica fondamentale dell’universo, ed è proprio la sovrapposizione a dare ai computer quantistici la loro enorme capacità di calcolo parallelo.
Non è semplice ignoranza
Attenzione a non confondere la sovrapposizione con il non sapere. Una moneta lanciata e coperta con la mano è già testa o croce, manca solo l’informazione. Nella doppia fenditura invece la particella passa da una fenditura e da entrambe. Poi c’è l’entanglement, dove misurare lo stato di una particella determina quello di un’altra per quanto lontana sia, istantaneamente, senza che alcun segnale abbia il tempo di viaggiare tra le due.
Fonte: TecnoAndroid
