lunedì 30 novembre 2009

La meccanica quantistica: la più grande rivoluzione di tutti i tempi


"Chi non è attraversato da un senso di vertigine, non può dire di aver capito appieno la meccanica quantistica" (Seth Lloyd "Il programma dell'universo"). E' questo il nome della teoria su cui si fonda la fisica moderna. L'esigenza di tale teoria si è fatta strada nel momento in cui la comunità scientifica, dopo essere ormai pervenuta ai tre consolidati sistemi di leggi ( leggi del moto, leggi dell'elettromagnetismo, leggi della gravità), cercò di spiegare la costituzione microscopica della materia. La teoria dell' elettrone sviluppò l'ipotesi che l'atomo si costituisse di un nucleo pesante, attorno al quale ruotassero vorticosamente gli elettroni.
Quando, tuttavia, si cercò di spiegare il moto degli elettroni attraverso le leggi della meccanica classica teorizzata da Newton, il tentativo si rivelò un netto fallimento: i fenomeni atomici, sottraendosi alle leggi classiche del moto, risultano particolarmente strani. Dunque il senso di vertigine della quantizzazione deriva dal fatto che si tratta di una teoria che va contro le concezioni del senso comune, che sconvolge le più naturali aspettative: in una parola, una teoria "ASSURDA".
Ciononostante, per quanto assurda possa risultare anche alle menti più salde, la meccanica quantistica ben si appresta a spiegare fenomeni quali l'interazioni fra gli atomi (tant'è che per questo elemento è possibile considerare la chimica un aspetto della fisica), l'interazione della luce con la materia ( elettrodinamica quantistica o QED), e tanti altri. Inoltre, la meccanica quantistica è la teoria più precisa conosciuta dall'uomo, in quanto non presenta alcuna significativa discrepanza tra la teoria e gli esperimenti.
Altro aspetto particolare della teoria che segna una vera e propria rottura con la concezione classica è il seguente: se per la fisica classica il suono e la luce hanno comportamneto ondulatorio, per la fisica quantistica essi sono descritti in termini di particelle: ecco che il suono è un insieme di "fononi", la luce un fascio di "fotoni". Tuttavia, se , ad esempio, un fascio di fotoni (ma la stessa cosa vale per un fascio di elettroni, per esempio) viene convogliato verso una lastra a doppia fenditura ( esperimento di Young) continua a mostrare una figura di interferenza, in virtù della natura onda-corpuscolare della luce.
Ma la cosa più sorprendente è che tale dualità (onda-corpuscolo) si applica a tutti i corpi: a qualunque oggetto è associabile un comprtamento ondulatorio. A tal riguardo, l'aspetto che mi sconvolge profondamentesta nel fatto di come l'esperimento della doppia fenditura mostri, in realtà, come una particella non deve necessariemente trovarsi "qui" o "lì" ( nonchè scegliere per quale fenditura passare): grazie alla sua natura ondulatoria, la particella può stare "qui o lì" contemporaneamente (ossia passa contemporaneamente per entrambe le fenditure). "L'ubiquità" della materia è una proprietà ampiamente sfruttata nella computazione quantistica.
Infine, in un altro esperimento, quello della riflessione parziale della luce, su un fascio di 100 fotoni convogliato su una superficie di vetro, solo il 4% di essi viene riflesso: risulta evidente che, in un contesto del genere, la fisica si limita a calcolare la probabilità di un certo evento, in quanto è impossibile, in questo caso specifico, prevedere che cosa faccia il singolo fotone ( cioè se viene riflesso o rifratto).
A questo punto, come è possibile che la fisica, scienza da sempre ritenuta esatta nelle sue previsioni, passi da una concezione deterministica ad una concezione indeterministica, nella quale ogni forma di certezza è soppiantata da realtà probabilistiche?
E per quale motivo, invece, l'ubiquità della materia si manifesta a livello microscopico e non a quello macroscopico?
Paolo


Caro Paolo,
la meccanica quantistica è una scienza così ostica, basata su formule matematiche molto complesse, che non è semplice da spiegare. Tra tutti gli autori e divulgatori che conosco, ti consiglio di leggere qualcosa di Tiziano cantalupi, che ha il pregio di essere più comprensibile rispetto ad altri. Vedi http://web.archive.org/web/20071103180127/http://www.geocities.com/capecanaveral/hangar/6929/Mqfull.html, di cui riporto qui la parte iniziale del contenuto del link:

"LA TEORIA QUANTISTICA : UNA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA E FILOSOFICA PASSATA SOTTO SILENZIO di Tiziano Cantalupi

Le grandi rivoluzioni della scienza sono spesso seguite da sconvolgimenti in campo filosofico e sociale. Le tesi di Copernico, ad esempio, il quale sostenne che la Terra non occupava il centro dell’universo, innescarono un processo di sgretolamento di dogmi religiosi e filosofici che cambiarono profondamente la società europea degli inizi del Rinascimento. La teoria evoluzionistica di Darwin (secoli dopo), con la distruzione della credenza in uno stato biologico speciale degli esseri umani, produsse effetti simili. Le teorie di Einstein infine, con l’affermazione che "tutto è relativo", diedero una spallata definitiva ad un certo modo, "assolutistico", di intendere la scienza e la vita. Con questi presupposti, desta notevole stupore che la più grande rivoluzione scientifica di tutti i tempi sia passata per lo più inosservata agli occhi del grosso pubblico. E questo non già perché le sue implicazioni abbiano scarso interesse, ma perché queste implicazioni sono talmente sconvolgenti da risultare quasi incredibili persino per gli stessi scienziati che le concepirono. La rivoluzione di cui si sta parlando si è consumata, nella sua fase più "cruenta", durante i primi trenta anni del ventesimo secolo ed è conosciuta col nome di Teoria Quantistica o Meccanica Quantistica.

Nata come tentativo di spiegare la fisica delle particelle elementari, la Teoria Quantistica in seguito crebbe sino ad incorporare gran parte della microfisica e parte della macrofisica. Oggi fra alterne vicende può dirsi (nella sua versione ortodossa) universalmente accettata.
Sebbene attualmente nessuno dubiti della sua efficacia pratica ci sono ancora ampie schiere di studiosi che ne mettono in discussione le conseguenze, specie quando queste conseguenze vengono estese alla natura della realtà.

Fondamenti della meccanica quantistica :

- Non esiste una realtà obiettiva della materia, ma solo una realtà di volta in volta creata dalle "osservazioni" dell’uomo.
- Le dinamiche fondamentali del micromondo sono caratterizzate dall'acausalità.
- E’ possibile che, in determinate condizioni, la materia possa "comunicare a distanza" o possa "scaturire" dal nulla.
- Lo stato oggettivo della materia, è caratterizzato da una sovrapposizione di più stati.

La conclusione più sconvolgente che si può trarre da quanto sino ad ora affermato è senza dubbio quella che asserisce che la realtà è tale solo se è presente l’uomo con le sue "osservazioni" ; con i suoi esperimenti. A differenza delle precedenti rivoluzioni scientifiche, le quali avevano confinato l’umanità ai margini dell’universo, la Teoria Quantistica riporta l’uomo ("l’osservatore") al centro della scena. Alcuni eminenti scienziati si sono spinti a ipotizzare che la Teoria dei Quanti abbia perfino risolto l’enigma del rapporto tra Mente e Materia, asserendo che l’introduzione nei processi di misura quantistica dell’osservazione umana è un passo fondamentale per il costruirsi della realtà.

UN GRANDE DIBATTITO

Seppur fortemente avversata sin dal suo apparire (Einstein per manifestare la sua contrarietà arrivò a coniare la frase "Dio non gioca a dadi") la Meccanica Quantistica, è oggi universalmente accettata. Essa, oltre spiegare processi a livello microscopico come la stabilità dell’atomo o processi macroscopici come la superconduttività, ha ottenuto recenti eclatanti conferme sperimentali : si pensi alla diseguaglianza di Bell. Ciononostante il grado di diffidenza nei confronti di questa materia - sempre in bilico tra Fisica e Metafisica - è rimasto (come si diceva anche dianzi) alto. I suoi assunti, al limite dell’assurdo, mettono a dura prova le menti più aperte.
Anche nell’era dei computer superveloci, la Teoria Quantistica più che una scienza "accettata" si caratterizza per una scienza "subita". E sono soprattutto gli studiosi di microfisica, i quali ogni giorno hanno a che fare con i suoi assunti filosofici e con il suo formalismo matematico, che più soffrono questo stato di cose. Recentemente però, una agguerrita schiera di fisici, la cui punta di diamante è rappresentata dall’inglese S.Hawking, è riuscita a rovesciare la situazione, volgendo a loro favore proprio quelle "conseguenze" della Meccanica Quantistica che maggiormente rendevano perplessi i fisici atomici. In questo contesto Hawking crea una vera e propria disciplina scientifica ; la Cosmologia Quantistica, attraverso la quale molti misteri dell’universo trovano una razionale spiegazione. E questo, come detto, partendo proprio dagli assunti quantistici più "rivoluzionari". In questa nuova prospettiva trova coerente giustificazione la nascita della materia dal nulla.
La Fisica del Quanti, in effetti, prevede che in determinate condizioni la materia possa scaturire dal nulla. Questa non è fantascienza, ma scienza nel senso più alto del termine. E qui tornano alla mente le profetiche parole del grande W.Heisenberg quando affermava : "La più strana esperienza di quegli anni [1920 – 1930] fu che i paradossi della Teoria Quantistica non sparirono durante il processo di chiarificazione; al contrario, essi divennero ancora più marcati e più eccitanti ... ".

Sì, "eccitanti", è la parola giusta per definire il ventaglio di possibilità che allora si dischiudeva e che anche oggi può dischiudersi affrontando senza condizionamenti la Teoria dei Quanti.
Una nuova interpretazione del principio quantistico denominato "Probabilismo", ad esempio, deporrebbe a favore del libero arbitrio. Una lettura a trecentosessanta gradi della diseguaglianza di Bell (diseguaglianza che dimostra la possibilità di azioni a distanza) prova che l’universo non può più essere considerato una mera collezione di oggetti, ma una inseparabile rete di modelli di energia vibrante, nei quali nessun componente ha realtà indipendente dal tutto.

IL PROBABILISMO E L’ACAUSALITA’

All’inizio del ventesimo secolo, i fisici ritenevano che tutti i processi dell’universo fossero perfettamente calcolabili purché si avessero a disposizione dati di partenza sufficientemente precisi. Questa filosofia deterministica aveva preso le mosse due secoli prima quando Newton, con la sua legge di gravitazione universale, era riuscito a descrivere le orbite dei pianeti. In un sol colpo lo scienziato inglese aveva dimostrato che una mela che cade da un albero e un corpo celeste che si muove nello spazio, sono governati dalla stessa legge : l’universo ticchettava come un gigantesco orologio perfettamente regolato.
Ma in concomitanza con la fine dell’epoca vittoriana, quella presuntuosa sicurezza svanì ; avvenne nel momento in cui i fisici tentarono di applicare quelle leggi meccanicistiche al comportamento del mondo atomico. In quel minuscolo regno, gli eventi non fluiscono armonicamente e gradualmente con il tempo, ma si modificano in modo brusco e discontinuo. Gli atomi riescono ad assorbire o liberare energia solo in forma di pacchetti discreti chiamati Quanti (da qui il termine Meccanica Quantistica). A questo livello la natura non funziona più come una macchina, ma come un gioco di probabilità. Nei primi decenni del nostro secolo lo scienziato danese Niels Bohr scoprì che le particelle atomiche si comportavano in modo molto meno prevedibile che non gli oggetti ordinari come le matite o le palle da tennis. Le parole "sempre" e "mai", di cui si faceva largo uso per i processi del mondo macroscopico, dovettero essere rimpiazzate dai termini "spesso" e "raramente". Non si poteva dare più nulla per scontato. (continua)”.

Prendiamo, quindi, in esame le domande alla fine della tua lettera. Oggi sappiamo che le leggi fisiche, contrariamente a quanto si credeva, non sono assolute, ma LOCALI ed APPROSSIMATE nel loro ambito. La fisica di Newton vale, in modo sufficientemente approssimato, nella maggior parte delle nostre comuni osservazioni; la relatività di Einstein nelle grandi distanze interplanetarie o galattiche; e la Meccanica Quantistica a livello di particelle subatomiche.
Per quanto riguarda, invece la tua domanda specifica sull’UBIQUITA’, la risposta sta nel fatto sopra richiamato che “ Lo stato oggettivo della materia, è caratterizzato da una sovrapposizione di più stati.”; in questo caso, quello ondulatorio e quello corpuscolare”. In realtà non si tratta di una vera ubiquità, ma del fatto che, come hai ben detto, le particelle si comportano in modo NON DETERMINISTICO, ma PROBABILISTICO; per cui hanno una certa probabilità di essere in un posto ed un’altra probabilità di essere in un posto differente. Se estendiamo il concetto non a una sola particella, ma a un fascio di particelle, come ad esempio fotoni od elettroni che devono attraversare due fessure vicine, alcune particelle passeranno in una ed altre particelle nell’altra (il che equivale ad una natura ondulatoria della materia). Cosa che non si verifica a livello macroscopico.

Per maggiori approfondimenti e chiarimenti sul tema, si può consultare il POST del mio blog parallelo (a più voci):
http://apiuvoci2.blogspot.com/2009/10/la-memoria.html
(Misteri e teorie della meccanica quantistica, del 30 Ottobre 2009)

Un caro saluto,
Alessandra


Caro Paolo,
Abbiamo intitolato questo post: “la meccanica quantistica, la più grande rivoluzione di tutti i tempi”. Il momento della scoperta scientifica, ma soprattutto della sua divulgazione, d’altra parte, è sempre stato un evento straordinario, sensazionale, accompagnato da meraviglia e stupore. Qualche esempio: il 13 marzo 1610 Galileo pubblicò il Sidereus nuncius con una “tiratura” di 550 copie. In meno di una settimana il libro fu introvabile. L’ambasciatore inglese a Venezia, Sir Henry Wotton, il giorno stesso, ne mandò una copia al re Giacomo I e la accompagnò con una lettera in cui scrisse: “la notizia più strana mai ricevuta da nessuna parte della Terra”. Si racconta che Keplero “arrossì per lo stupore e, incapace di trattenere la sua gioia, cominciò a ridere senza ascoltare fino in fondo l’amico che già sulla strada lo informava delle incredibili novità astronomiche”. (Introduzione di Andrea Battistini al Sidereus nuncius, Marsilio, 1993). La fama di Galileo si diffuse rapidamente. Infatti, due anni dopo, l’annuncio delle scoperte celesti arrivò a Mosca e in India e nel 1613 ne venne fatta una sintesi in cinese (Galileo=Chia-Li-Lueh); nel 1631 il cannocchiale venne segnalato in Corea, nel 1638 in Giappone. Mi piace ricordare che Benedetto Castelli, uno degli interlocutori di Galileo nelle lettere copernicane, quando ormai il suo maestro era ormai quasi cieco, utilizzò delle bellissime parole per descrivere gli “occhi” dell’uomo (Galileo) che avevano visto ciò che nessuno prima di lui era riuscito a scorgere. Egli scrisse che l’occhio del suo maestro fu: “occhio tanto privilegiato, e di tanto alte prerogative dotato, che si può dire, e con verità, ch’egli abbia visto più egli solo che tutti gli occhi insieme degli uomini passati, ed abbia aperti quelli de’ futuri, essendo toccato in gran parte a lui solo fare tutti gli scoprimenti celesti ammirandi a’ secoli futuri” (cit. dall’introduzione).
Nel 1686 Newton presentò i suoi Principia alla Royal Society di Londra. Il grande scienziato Ilya Prigogine (Mosca 1917), premio Nobel per la chimica nel 1977, insieme a Isabelle Stengers, nel libro La nuova alleanza. Metamorfosi della scienza (Einaudi [1981] 1999) scrive che: “Si esagera appena nel dire che il 28 aprile 1686 fu una delle piú grandi date nella storia dell'umanità”. Fu infatti il momento in cui vennero presentate le leggi fondamentali del moto e vennero spiegati concetti che usiamo ancora noi oggi, la massa, l’accelerazione, l’inerzia. Il terzo libro dei Principia di Newton parlava della gravitazione universale. Ilya Progogine dice che “I contemporanei di Newton afferrarono immediatamente l'eminente importanza di questo lavoro. La gravitazione divenne un argomento di conversazione a Londra e a Parigi.”
Per non parlare dello sconcerto che provocò nel secolo scorso al grande pubblico (e delle “perplessità” di alcuni suoi colleghi) la teoria della relatività di Einstein. Ma lo stupore non finisce qui. Altre “notizie più strane mai ricevute da nessuna parte della Terra”, si susseguirono rapidamente. La scienza, che si è sviluppata enormemente e in maniera molto inaspettata negli ultimi secoli, ci ha abituati a rivelazioni straordinarie che superano costantemente la fantasia, e continua quotidianamente a disorientarci nel mostrare la complessità dell’universo e ad aumentare la nostra meraviglia sia per il cosmo sia per la ricerca dell’uomo che sembra inesauribile. Prigogine, d’altra parte, ci ricorda che: “Il nostro orizzonte scientifico si è allargato fino a dimensioni veramente fantastiche. Su scala microscopica la fisica delle particelle elementari studia processi in cui sono in gioco dimensioni fisiche dell'ordine di 10ˉ15 cm e tempi dell'ordine di 10ˉ22 secondi. All'altro estremo, la cosmologia ci mette di fronte a tempi dell'ordine di 10 elevato a 10 anni, la cosiddetta «età dell'Universo». La scienza e la tecnologia sono piú vicine che mai. Le nuove biotecnologie, i progressi nella tecnica dell'informazione, promettono un cambiamento radicale nella vita delle nostre società.”
Sappiamo oggi ad es. che nel campo dell’infinitamente piccolo le leggi della meccanica quantistica hanno preso il posto di quelle della meccanica classica, mentre su scala dell'Universo, la fisica relativista ha sostituito la fisica newtoniana, anche se la fisica di Newton rimane il punto di riferimento per eccellenza, ed è sempre valida sulla nostra scala.
La natura non finisce dunque di stupirci e la scienza è “l’esaltante avventura” che ci permette di avvicinarci alla comprensione di questo mondo e di penetrarne i suoi “segreti”.

un caro saluto,
alberto

7 commenti:

  1. Maurizio Sampò3 dicembre 2009 08:04

    Non ha senso parlare di cose di cui non abbiamo prove dirette...Dice Bohr: " Nessun fenomeno è un fenomeno finchè non è un fenomeno osservato". Senza l'osservazione, quindi, i fenomeni non esistono.

    Negli ultimi tempi la fisica quantistica fa molto parlare di sé a causa di alcune scoperte rivoluzionarie, spesso lontane dal senso comune, se non addirittura in totale contrasto con la nostra intuizione. Parole come teletrasporto quantistico, computer quantistico o anche filosofia quantistica trovano sempre più spazio su giornali e riviste, facendo immaginare ai lettori un futuro fantascientifico dove tutto sembra realmente possibile. Si rispolverano formule a volte studiate a scuola, come il principio di indeterminazione di Heisemberg, si cita il concetto di salto quantistico, tirato in ballo spesso e volentieri da politici e guru dell'economia. Ma qual è il vero significato di queste espressioni? Quando e perché dobbiamo occuparcene?

    Dal punto di vista scientifico la meccanica quantistica ha radicalmente cambiato la nostra visione del mondo atomico, proponendo una Natura a volte quasi impazzita, che sembra non obbedire ad alcuna logica convenzional

    Le letture da te citate nella domanda mi invitano a riflettere su un concetto fondamentale quando parliamo di mondo quantistico, ovvero il concetto di misura.

    Con la misurazione l'uomo sonda la natura, trovando in essa le proporzioni tra le varie grandezze fisiche, necessarie per scrivere formule e leggi di validità più generale. Il libro della natura a cui faceva riferimento Galileo è scritto in questi termini: tante grandezze fisiche, alcune misurabili direttamente, altre indirettamente, in continua correlazione tra loro.

    Risalire a questi collegamenti tra grandezze fisiche significa capire il meccanismo che muove ogni cosa e che genera il mondo che osserviamo e in cui viviamo. La ricerca delle particelle elementari ha rivestito in questo senso sempre un'importanza centrale nell'ambito della fisica teorica, in quanto conoscere esattamente le peculiarità degli elettroni, delle particelle leptoniche e barioniche, dei quarks (e forse delle stringhe), permetterebbe all'uomo di capire tutto dell'Universo. L'esempio che faccio spesso a lezione è quello dei lego: se un bambino avesse solo i mattoncini più piccoli, potrebbe comporre ogni costruzione a suo piacimento, purchè ne abbia in gran quantità.

    Questo è quello che intendono fare i fisici: trovare i lego principali, per costruire, risalendo dal micro, tutti i meccanismi d'interazione della materia, fino al mondo macroscopico.

    Prima dell'avvento della meccanica quantistica i fisici misuravano i fenomeni con molta precisione ed accuratezza, tanto da ridurre al minimo la discrepanza tra i valori attesi dalla teoria e quelli ottenuti con le misurazioni. L'evoluzione tecnologica ha dato agli scienziati strumenti sempre più sensibili, in grado di ridurre enormemente gli errori sistematici ed accidentali legati all'esperimento, permettendo così di scoprire modelli sempre più accurati in grado di tradurre matematicamente le correlazioni tra le varie grandezze fisiche. Occorre ricordare che una legge fisica è prima di tutto un modello e la vita di un modello matematico non può ritenersi a priori infinita...anzi, la storia ci insegna che l'uomo ha sempre scoperto nuovi modelli, migliorando a volte quelli del passato o addirittura confutandone la veridicità. Forse le teorie che oggi riteniamo quasi certe, un domani potranno essere completamente riviste: è successo con Einstein, con Planck, con Heisemberg, solo per citarne alcuni.

    Purtroppo nella meccanica quantistica c'è un problema di fondo che va proprio ad intaccare l'affidabilità della misura e tale problema non è evitabile, in nessuna maniera.

    Nel mondo quantistico ogni tentativo dello scienziato di osservare e misurare un sistema finisce col perturbarlo definitivamente, modificando lo stato stesso del sistema! Un esempio per tutti.

    Maurizio Sampò
    continua...

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  2. Maurizio Sampò3 dicembre 2009 12:53

    Immaginiamo di avere una stanza buia dove al suo interno ci sia un armadio. Noi non vediamo l'armadio, però vogliamo sapere dove è messo, se contro una parete o vicino alla porta d'ingresso. Come possiamo individuare la sua posizione senza vederlo? Se avessimo tante piccole biglie proiettile, potremmo lanciare in varie direzioni ciascuna di esse e, in base al suono da loro emesso, potremmo capire quali sono andate a sbattere contro l'armadio e quali contro la parete della stanza. Mettendo insieme le varie informazioni potremmo individuare abbastanza facilmente la posizione dell'armadio. Ma se anziché individuare la posizione dell'armadio dovessimo trovare una biglia nascosta nella stanza, come faremmo? Lanciando quelle biglie andremmo a perturbare eccessivamente l'oggetto da individuare: infatti se una biglia da noi lanciata urtasse la biglia nascosta nella stanza, emetterebbe sicuramente un suono ma al tempo stesso sposterebbe la biglia stessa, col risultato che, nonostante la misurazione effettuata, non sapremmo comunque dove si possa trovare la biglia che cercavamo. Cosa fare? Prendere una biglia proiettile molto più piccola...Certo, peccato solo che in natura questo non sia possibile. L'uomo arrivato ad indagare la natura su scala subatomica si è trovato in questa analoga situazione: gli oggetti quantistici sono estremamente suscettibili ad ogni nostro tentativo di osservarli e misurarli, portando così all'inevitabile impossibilità di determinare con assoluta precisione alcune variabili tra loro coniugate. Più ci accingiamo a voler misurare la posizione dell'elettrone, più andiamo a turbare il suo stato, variandone obbligatoriamente il momento e quindi perdendo, di fatto, la possibilità di individuare con la stessa precisione pure la velocità! In questo modo ad una descrizione deterministica della fisica siamo passati ad una descrizione probabilistica, con tutte le implicazioni logiche e matematiche che implica un tal cambiamento di rotta. Così come posso solo prevedere con assoluta certezza quante possibilità di testa o croce si otterrebbero dal lancio di 10 monete, così posso prevedere con assoluta precisione gli stati possibili in cui potrà trovarsi l'elettrone se perturbato dalla nostra osservazione. In questo sta la certezza della fisica quantistica: non nel determinare lo stato singolo di una particella, ma l'insieme di tutti i suoi stati possibili. Con assoluta certezza probabilistica.

    Maurizio Sampò
    continua....

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  3. Maurizio Sampò3 dicembre 2009 12:54

    "Ma se questo è vero, significa che la fisica si è arresa, nella sfida di precedere esattamente cosa succederà in una data circostanza. Ebbene sì. La fisica ha gettato la spugna. Non sappiamo prevedere cosa succederà in una data circostanza, e siamo anche convinti che sia impossibile, e che l'unica cosa prevedibile sia la probabilità dei diversi eventi. Bisogna riconoscere che questa è una seria limitazione, rispetto al nostro ideale originario di capire la natura. E' un passo indietro, ma nessuno riesce a vedere il modo di evitarlo"(Richard P. Feynman, Sei pezzi facili). E' come se questa interpretazione ci impedisse di "toccare" gli oggetti a mani nude, mettendoci forzatamente dei guanti, annullando parte della nostra sensibilità: ora come ora non riusciamo a conoscere gli oggetti nella loro interezza, nella loro vera natura e forma.

    Citando ancora Feynman: "Diciamo ora come ora , ma è forte il sospetto che questa limitazione ci perseguirà per sempre, che è impossibile risolvere il rompicapo, e che la natura è proprio così".

    Anche Brian Green, ne "L'universo elegante", nell'introdurre il lettore alla teoria delle super stringhe, cita alcuni momenti del pensiero di Feynman, a conferma di come la meccanica quantistica sia ancora un mondo parzialmente compreso: "Un tempo i giornali scrivevano che solo dodici uomini al mondo erano in grado di capire la teoria della relatività. Non penso che sia vero. Forse c'è stato un momento in cui un uomo solo ne capiva qualcosa, perché era l'unico che ci stava pensando, prima di scrivere il suo articolo. Ma dopo la pubblicazione, la teoria è stata in qualche modo capita da molta gente, certo più di una dozzina di persone. Invece penso di poter affermare con sicurezza che nessuno capisce la meccanica quantistica" .

    Per certi versi penso che solo chi abbia toccato con mano le equazioni che reggono la meccanica quantistica possa realmente comprendere questo alternativo e strano modo di descrivere la realtà. E di questo son molto dispiaciuto. Purtroppo arrivati a questo punto occorre essere bravi matematici, occorre aver imparato un nuovo formalismo...questa parte non riesce così ad essere accessibile a tutti...e tutti si perdono molte tra le più belle meraviglie del creato!

    Sarei felice di poter sviluppare ancora di più la risposta, ma non voglio dilungarmi troppo. Potrei consigliarti tre letture: una l'ho già citata, ed è il libro di Brian Green; un altro libro, molto ben scritto e di facile comprensione, è "Il velo di Einstein", di Anton Zeilinger; l'ultimo, "Alice nel paese dei quanti"di Robert Gilmore.

    Buona avventura, perché chiunque entri nel mondo quantistico per ammirarne la bellezza, ne rimane sempre positivamente stravolto e inebriato!

    Maurizio Sampò
    fine.

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  4. Voglio aggiungere che le SORPRESE non arrivano solo dall'indagare le particelle subatomiche, in meccanica quantistica, ma anche da altri campi. Ad esempio dall'interazione tra campi magnetici e biologia:

    Due ricecatori russi Peter Gariaev e Vladimir Poponin (ed il gruppo di collaboratori dell’Istituto di Fisica Biochimica dell’Accademia Russa delle Scienze), hanno recentemente osservato un nuovo fenomeno di accoppiamento elettromagnetico tra il campo energetico di un raggio laser ed un campione di DNA.

    Tale osservazione consiste nella misurazione di un nuovo campo nella sub-struttura del vuoto mai osservato in precedenza, ed in grado di fornire informazioni qualitative e quantitative circa le proprietà del campo elettromagnetico del DNA.

    I due scienziati hanno chiamato questo fenomeno “effetto del DNA fantasma in vitro”, abbreviato con l’appellativo di DNA fantasma.

    Durante alcuni esperimenti riguardanti la misurazione dei moti vibrazionali di campioni di DNA, hanno assistito ad un effetto del tutto inaspettato: il campo elettromagnetico del DNA, sottoposto a irradiazione laser, continuava a persistere a lungo anche dopo la rimozione del campione stesso di DNA fisico.

    Gariaev e Poponin effettuarono tutti i controlli possibili ripetendo l’esperimento diverse volte, fino a prendere in considerazione l’ipotesi di lavoro suggerita dai risultati sperimentali: nel vuoto fisico c’è qualche nuova sub-struttura di un campo che è stato precedentemente ignorato.

    Inoltre, viene anche suggerita l’ipotesi che tale effetto sia solo un esempio possibile di una più generale categoria di effetti elettromagnetici che rappresentano la base sperimentale di importanti percorsi di ricerca come, per esempio, la biologia quantistica, le dinamiche non-lineari del DNA e, infine, le interazioni morfiche proposte da Sheldrake tra i sistemi biologici.

    (continua)

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  5. Ovvero per i sistemi biologici, a volte, la fisica dei sistemi non biologici NON VALE! .... e chi se lo sarebbe mai aspettato?

    E' importante, quindi, evidenziare, con tutto il rispetto per Feynman, quanto riportato nel mio BLOG:

    IN CONCLUSIONE, la fisica quantistica ci fa prevedere, in modo probabilistico, alcuni fenomeni subatomici delle particelle, permettendo delle corrette applicazioni scientifiche; ma del perché la natura si comporti in tale modo, non è ancora del tutto chiarito e si possono avanzare, al momento, solo teorie. Ricordiamo sempre la celeberrima risposta di Bohr ad Einstein: "Einstein, non dire a Dio quello che deve fare!"

    Questo non significa che nella natura regni il CAOS o accadono cose MAGICHE; ma solo che:
    NON SI POSSONO ESTRAPOLARE DELLE LEGGI FISICHE LOCALI IN ALTRI AMBITI E IN ALTRE SCALE, SENZA DELLE ADEGUATE VERIFICHE SPERIMENTALI. E su questo punto si è scontrata con la realtà la presunzione di filosofi metafisici e scienziati del passato.

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  6. Ad ulteriore conferma delle tesi da me esposte, segnalo un articolo del 02-12-2009:

    Un esperimento ha dimostrato che è possibile clonare in modo ottimale l'informazione codificata nel momento angolare orbitale di un singolo fotone.

    Per la prima volta manipolando il momento angolare orbitale della luce - proprietà del campo elettromagnetico che si può adoperare per alterare sistemi di dimensioni molto ridotte e per codificare informazioni sfruttando la luce - un gruppo di ricercatori è risuscito a osservare un rilevante fenomeno quantistico noto come coalescenza bosonica o di Hong-Ou-Mandel. Tale fenomeno, che riveste notevole interesse in vista dello sviluppo di futuri calcolatori quantistici, si presenta quando due singoli fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono procedendo nella stessa direzione.

    L'idea di calcolatore quantistico si basa sulla possibilità di compiere operazioni che non hanno un equivalente classico. Quando un singolo fotone incide su uno specchio semi-riflettente (fenomeno che può essere visto come dato in input), imbocca a caso uno dei due bracci di uscita (output) con una probabilità del 50 per cento. Quando però due singoli fotoni identici arrivano simultaneamente sulle due facce di uno specchio semi-riflettente interagiscono fra loro e seguono lo stesso percorso d'uscita dallo specchio, un fenomeno di "coalescenza" che non ha un equivalente classico.

    (continua)

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  7. L'impresa - il cui resoconto è descritto in un articolo pubblicato sulla rivista "Nature Photonics" a prima firma Eleonora Nagali - è stato realizzato da ricercatori dell'Università "Sapienza" di Roma sfruttando un nuovo dispositivo a cristalli liquidi sviluppato presso l'Università Federico II di Napoli sotto la guida di Enrico Santamato.
    La capacità di osservare la coalescenza bosonica consente di realizzare protocolli innovativi di informazione quantistica. In particolare l'esperimento ha dimostrato che è possibile clonare in modo ottimale l'informazione codificata nel momento angolare orbitale di un singolo fotone.

    Ciò fornisce elementi di conoscenza importanti, applicabili sia ai test sui fondamenti della meccanica quantistica sia alla sensoristica. Il settore di ricerca dell'informazione quantistica nasce come unione tra la teoria dell'informazione, usualmente basata sulla logica booleana, e la meccanica quantistica. Negli ultimi anni il suo sviluppo ha aperto nuove prospettive sia nell'ambito della fisica fondamentale, portando a un sempre maggiore controllo di sistemi quantistici, sia in quello tecnologico, con diverse applicazioni nell'ambito delle comunicazioni.

    Ricadute della scoperta sui fotoni potrebbero inoltre riguardare lo sviluppo di nuove tecniche di imaging ad alta risoluzione. (fc)

    Un caro saluto
    Alessandra

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