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Chi di voi, scienziati, sa dirmi cos'è la meccanica quantistica?

Capire la meccanica quantistica non è un problema di poco conto anche per gli scienziati. Un questionario sulle basi della meccanica quantistica e diffuso a una comunità di eminenti fisici riapre una discussione aperta decenni fa da Einstein e Bohr.
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Capire la meccanica quantistica non è un problema di poco conto anche per gli scienziati. Una nuova pubblicazione su arXiv.org, basata su un questionario diffuso a una comunità di eminenti fisici sulle basi della meccanica quantistica, riapre la discussione aperta decenni fa da Einstein e Bohr.

«Penso di poter affermare che nessuno capisca la meccanica quantistica». Chissà se queste parole di Richard Feynman, premio Nobel per la Fisica nel 1965, sono risuonate nell’aula magna dell’Università di Vienna in una giornata di fine luglio del 2011, quando a margine di un meeting internazionale di fisica teorica il fisico Anton Zeilinger, noto nell’ambiente non solo per i suoi raffinati studi di ottica quantistica, ma anche per essere un burlone di lungo corso, rivolge a trentatré dei suoi illustri colleghi una domanda molto semplice: «Quali sono, a vostro parere, i fondamenti della meccanica quantistica?».
Tra i sorrisi generali, Zeilinger aggiunge che si tratta di una cosa seria, che spedirà loro un test fatto di sedici domande a risposta multipla e che dovranno pensarci bene prima di pronunciarsi, perché vuole pubblicare le loro risposte in un articolo da sottoporre alla comunità scientifica. A distanza di un anno e mezzo, quell’articolo è apparso davvero sul server di arXiv.org e le sorprese non sono mancate.
 
Tu stai con Bohr o con Einstein?
Che l’interpretazione della meccanica quantistica sia stata accompagnata sin dai suoi albori da accese diatribe è cosa nota. La disputa più famosa circa i suoi fondamenti ha coinvolto all’inizio degli anni Venti del secolo scorso due pezzi da novanta della fisica moderna: Albert Einstein e Niels Bohr. Riducendo la questione molto all’osso, il motivo del contendere era il seguente: possibile, sosteneva Einstein, che "Dio giochi ai dadi", che cioè le leggi che regolano l’universo siano di natura probabilistica (invece che deterministica) come indica la neonata meccanica quantistica e con essa il più autorevole dei suoi sostenitori, Niels Bohr?
 

Bohr e Einstein discutono di meccanica quantistica in casa di Paul Ehrenfest a Leida nel dicembre 1925 (Fonte: wikimedia commons)

 
Così all’inizio del suo test, tanto per far scaldare i partecipanti, Zeilinger piazza una domanda che suona più o meno così: siete d’accordo con Einstein oppure con Bohr? E tutti, all’unanimità, rispondono di essere dalla parte di Bohr. Ma proprio sull’interpretazione originaria del fisico danese, passata alla storia come "l’interpretazione di Copenaghen" della meccanica quantistica, cominciano i problemi. Secondo Niels Bohr, ma anche secondo Werner Heisenberg, l’essenza del mondo fisico che ci circonda è inaccessibile e in un certo senso indeterminata e la conoscenza della realtà, che possiamo acquisire soltanto per via sperimentale eseguendo misure, non è indipendente dall’intervento dell’uomo. La vera rivoluzione concettuale imposta dalla meccanica quantistica, sulla quale si fonda tutta la fisica moderna, sta proprio in questo: lo stato degli “oggetti” che popolano il mondo subatomico non è indipendente dalle misure che eseguiamo per conoscerlo. Ecco, a dispetto dell’idea che l’osservazione dei sistemi quantistici giochi un ruolo chiave nel determinare il loro comportamento, addirittura il 21% degli intervistati da Zeilinger afferma che «l’osservatore non giochi affatto un ruolo fondamentale». C’è di più. Sebbene infatti l’interpretazione di Copenaghen resti la versione più accreditata con il 42% delle preferenze, il 42% del campione ha ammesso di aver abbracciato, almeno una volta, correnti alternative all’"ortodossia"’ originale.
 
Computer quantistici e gatti di Schroedinger
Emerge insomma un quadro più frammentato del previsto, che Maximilian Schlosshauer, uno dei collaboratori di Zeilinger, imputa «ai più recenti e radicali sviluppi della teoria quantistica, che vanno dall’informazione quantistica, la disciplina protagonista del Nobel per la Fisica 2012, agli esperimenti che dimostrano il comportamento quantistico anche per alcuni sistemi macroscopici». Dati alla mano difficile dare torto a Schlosshauer, se si pensa che il 40% dei risponditori ritiene possibile la costruzione di un computer quantistico nell’arco dei prossimi venti anni e il 30% entro i prossimi quaranta. E non è neppure un caso forse che circa il 70% degli intervistati creda che sia davvero possibile applicare la meccanica quantistica anche a oggetti macroscopici, ovvero realizzare sperimentalmente un sistema come quello del gatto di Schroedinger. «Questo significa che per la maggioranza del campione», continua Schlosshauer, «l’era nella quale la meccanica quantistica funzioni solo nell’universo atomico è definitivamente tramontata».
 

Anton Zeilinger (Crediti foto: Jacqueline Godany)

 
Secondo John Preskill, esperto di teoria dell’informazione quantistica al Caltech e selezionato da Zeilinger per il test, «probabilmente i risultati sarebbero stati diversi se il campione di scienziati fosse stato più ampio. In ogni caso un test come questo è molto meno sciocco di quanto si possa credere, perché ci ha dato l’occasione per riflettere in modo distaccato sui fondamenti della disciplina nella quale siamo immersi quotidianamente». Non a caso, forse, Preskill fa parte di quel 50% di intervistati ad aver messo la crocetta sul nell’ultima domanda del test di Zeilinger: “Nei prossimi 50 anni verrà ancora in mente a qualcuno di chiedere agli scienziati quali sono i fondamenti della meccanica quantistica?”

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