“La rivoluzione incompiuta di Einstein” esamina il problema della fisica quantistica e della realtà

Con tutto il suo successo, la meccanica quantistica ha un piccolo problema: non la capisce nessuno.

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La realtà ha bisogno di realismo?

Se ti sembra una domanda strana, considera il fatto che è quella più pressante per i fisici e per la loro teoria di maggior successo sul mondo fisico. Questa teoria si chiama meccanica quantistica e ogni dispositivo elettronico digitale che tu abbia mai usato deve la sua esistenza alla comprensione della fisica su scala atomica che ne deriva.

Ma con tutto il suo successo, la meccanica quantistica ha un piccolo problema: non la capisce nessuno.

Per essere più precisi, anche a un secolo dalla sua nascita, nessuno capisce veramente cosa ci dice la meccanica quantistica sulla natura della realtà stessa. Questo territorio aperto e incerto è al centro del libro di Lee SmolinRivoluzione incompiuta di Einstein: La ricerca di ciò che è al di là del quantum.

Smolin è un pensatore estremamente creativo che è stato un leader in fisica teorica per molti anni. È anche uno scrittore di talento che riesce a tradurre le sue intuizioni su come la scienza lavora in un linguaggio coinvolgente e storie avvincenti.

Questo libro ha incontrato poco favore nel mondo della fisica legato allo studio della Meccanica Quantistica e il disaccordo definisce praticamente il dibattito sul significato della meccanica quantistica, con il libro di Smolin che è l’ultima aggiunta a un flusso di eccellenti opere sull’argomento, tra cui “Through Two Doors at Once: the Elegant Experiment That Captures the Enigma of Our Quantum Reality” di Anil Ananthaswamy e “What is real? The Unfinished Quest for the Meaning of Quantum Physics di Adam Becker. Come si può capire dai titoli, a 100 anni dalla sua fondazione, la meccanica quantistica e la realtà rimangono un tema scottante.

Quindi, qual è il problema con la fisica e la realtà quantistica?

Se tutto quello che vuoi sono i calcoli per costruire un laser o un chip per computer, la risposta è nessuno.

La meccanica quantistica fornisce ai fisici meccanismi matematici iper-accurati per manipolare il mondo atomico a specifiche iper-accurate.

Il problema arriva quando fai una semplice domanda del tipo: “Cos’è un atomo?

Prima della meccanica quantistica, avresti potuto immaginare gli atomi come piccole palle da biliardo. Erano piccole “cose” che, come le grandi cose che incontriamo nella nostra vita quotidiana, avevano proprietà definite come la loro posizione o la velocità con cui si muovevano. Erano, in altre parole, reali nello stesso modo in cui pensiamo che tavoli e sedie siano reali. Ciò significa che pensiamo che tavoli e sedie (e le altre cose che incontriamo ogni giorno) esistano indipendentemente da noi. Questo ci rende, nelle parole di Smolinrealisti su tavoli e sedie. Smolin pensa che questo tipo di realismo sia l’essenza di un fisico:

Noi realisti crediamo che esista un mondo là fuori, le cui proprietà non dipendono in alcun modo dalla nostra conoscenza o percezione di esso… Crediamo anche che il mondo possa essere compreso e descritto con sufficiente precisione per spiegare come qualsiasi sistema nel mondo naturale si comporta“.

Sfortunatamente, la storia della meccanica quantistica ha reso difficile essere la versione di realista di Smolin sugli atomi.

È un campo pieno di stranezze. Ad esempio, nel modo standard di trattare la fisica quantistica se si mette un atomo in una scatola chiusa divisa in due sezioni, allora l’atomo esisterà in entrambe le sezioni della scatola allo stesso tempo. È solo aprendo la scatola (facendo una misura) che l’atomo “collassa” e finisce un lato o nell’altro della scatola.

Come può l’atomo essere in due posti contemporaneamente? E perché l’atto di guardarlo costringe l’atomo a scegliere una parte o l’altra?

Ammettiamolo, tavoli e sedie non si comportano in questo modo.

Quindi la domanda diventa: come interpretare la meccanica quantistica?

È il ruolo della misurazione, richiesto per dare all’atomo proprietà definite (come la posizione), che infastidisce i realisti. Le misurazioni e le osservazioni sono una parte essenziale dell’interpretazione standard di Copenaghen della meccanica quantistica stabilita dal fisico danese Niels Bohr. I realisti odiano l’interpretazione di Copenaghen. Quindi, come si può ancora tenere conto del realismo che abbiamo su tavoli e sedie per i fenomeni quantici su scala atomica?

La risposta a Smolin è che la stranezza che affetta il realismo dal mondo atomico è un problema fondamentale con la teoria quantistica così com’è ora. Vede la stranezza come “lacune e fallimenti” che “sono alla base del fatto che siamo solo parzialmente andati a risolvere i problemi centrali della scienza prima di sembrare a corto di energie“. Per lui, ci deve essere una teoria più profonda che aspetta di essere scoperta.

Il compito che Smolin si è prefisso è di mostrare ai lettori che esistono già percorsi che potrebbero portare a una nuova teoria che va oltre la meccanica quantistica.

Per fare questo, Smolin inizia il libro con una spiegazione lucida delle regole di base della teoria dei quanti dove appare esattamente quello che lui chiama il fuoco “anti-realista” su misurazioni e osservazioni. Quindi porta i lettori attraverso un convincente tour storico che include una rivalutazione dei famosi argomenti tra l’anti-realista Niels Bohr e il realista impenitente Albert Einstein.

L’attenzione particolare di Smolin si rivolge, quindi, al fisico americano David Bohm e alla sua “teoria dell’onda pilota” che non ha mai richiesto agli osservatori di conferire realtà su tavoli e sedie. La storia di Bohm e di altri ribelli quantici anti-Copenaghen fu trattata abilmente Da Becker.

La rivoluzione incompiuta di Einstein è al suo meglio quando pone le basi per le argomentazioni realiste e antirealistiche.

La descrizione di Smolin di come funziona la meccanica quantistica è allo stesso tempo elegante e accessibile usando esempi del mondo reale come l’ordine in cui metti i vestiti, prima la biancheria intima e poi i pantaloni, e viceversa, per dimostrare un principio chiave della stranezza quantistica. La sua descrizione dell’alternativa di Bohm all’interpretazione di Bohr a Copenaghen è chiara e sarà utile per i non scienziati che cercano di capire in che modo queste diverse interpretazioni si ordinano e perché sono importanti. Se vuoi capire le questioni di base a portata di mano in questi dibattiti di lunga data, così come almeno una linea di alternative, ti piacerà questo libro.

La Rivoluzione incompiuta di Einstein, è particolarmente apprezzabile, proprio come i libri di Ananthaswamy e Becker. Insieme dimostrano quanto sia vivace questa discussione.

Parte del divertimento del libro di Smolin, st nel fatto che, anche l’uso dei termini “realismo” e “anti-realismo” ci impedisce di vedere il prezzo impetuoso che ogni interpretazione della meccanica quantistica ci costringe a pagare nel descrivere il mondo atomico.

Non si può tornare a semplici immagini di semplici biglie che rimbalzano nello spazio. Quando si tratta del regno atomico, ci sarà sempre una specie di stranezza. Quindi, finché non avremo esperimenti che separano un’interpretazione dall’altra (se mai li avremo), la vera domanda diventa: quale grado di stranezza siamo disposti ad accettare?

Ma Smolin esprime così chiaramente e abilmente la sua posizione che la Rivoluzione incompiuta di Einstein diventa utile se sei d’accordo, in disaccordo o semplicemente vuoi imparare alcune idee molto interessanti sulla fisica e la realtà.