Teorie delle variabili nascoste

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Le teorie delle variabili nascoste sono state sviluppate in fisica dagli studiosi che sostengono che la meccanica quantistica sia una teoria incompleta, portando a motivazione di questa critica il suo carattere ontologicamente probabilistico.

Tra i fisici che hanno proposto questo approccio vi è anche Albert Einstein, che pronunciò la famosa frase "Dio non gioca a dadi"[1], perché strenuamente convinto che una qualsiasi teoria fisica, per essere completa, doveva essere in grado di descrivere tutti gli elementi di realtà e che pertanto la meccanica quantistica dovesse essere sostituita da una teoria più fondamentale e deterministica.

Non-determinismo e variabili nascoste[modifica | modifica sorgente]

Una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica risiede nel suo essere statistica, cioè nell'esprimere solo la probabilità con cui una certa configurazione può presentarsi. La conseguenza di ciò è che lo stesso tipo di misurazione, eseguita su due sistemi in buona approssimazione identici, può portare a risultati diversi. Sorge allora la domanda se la meccanica quantistica come si presenta attualmente sia una descrizione incompleta della realtà e se esista una realtà nascosta che rientri in una teoria più fondamentale, in grado di prevedere con certezza il risultato di una misura. Se esistessero tali "variabili nascoste", sarebbero necessari nuovi fenomeni fisici, sconosciuti all'attuale teoria, e anche nuove equazioni atte a descriverli, per spiegare l'universo come lo conosciamo.

Una minoranza tra i fisici sostiene che la natura probabilistica dell'universo fisico sia essa stessa una proprietà oggettiva, una sorta di variabile nascosta; molti, al contrario, sono convinti che tale aspetto non richieda l'esistenza di realtà più profonde[senza fonte] e gli esperimenti hanno mostrato come un'ampia classe di teorie a variabili nascoste sia incompatibile con le osservazioni.

Sebbene il determinismo fosse inizialmente una tra le maggiori motivazioni per la ricerca di teorie con variabili nascoste, ci sono alcune formulazioni non-deterministiche che cercano di prospettare una descrizione della realtà prescindendo dal formalismo della meccanica quantistica, come ad esempio la meccanica stocastica di Edward Nelson.

Paradosso EPR e teorema di Bell[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Paradosso Einstein-Podolsky-Rosen e Teorema di Bell.

Nel 1935, Einstein, Podolsky e Rosen scrissero un articolo[2] di quattro pagine, noto come paradosso EPR (dalle iniziali degli autori), che poneva in risalto la necessità di una nuova teoria che sostituisse la meccanica quantistica, portando come prova della sua incompletezza, cioè della presenza di variabili nascoste, il suo carattere non locale, considerato appunto paradossale. Nel 1964 John Bell dimostrò però con l'omonimo teorema che se esistessero variabili nascoste che rendessero la teoria locale, alcune configurazioni dovrebbero soddisfare determinate relazioni di disuguaglianza (Disuguaglianze di Bell) non previste dalla meccanica quantistica, ovvero i risultati delle due teorie sarebbero in parte diversi.

Alcuni fisici, come Alain Aspect e Paul Kwiat, hanno condotto sperimentazioni che hanno registrato violazioni delle disuguaglianze di Bell su 242 deviazioni standard[3], conseguendo un'eccellente certezza scientifica. Ciò depone a favore della meccanica quantistica nella sua interpretazione classica, escludendo teorie a variabili nascoste locali (rimane aperta la possibile esistenza di quelle non locali). Recentemente lo stesso teorema di Bell ha suscitato critiche per via di alcuni test a cui è stato sottoposto.[senza fonte]

Esempi di teoria delle variabili nascoste[modifica | modifica sorgente]

La teoria di Bohm[modifica | modifica sorgente]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione di Bohm.

Una teoria delle variabili nascoste che volesse mantenere coerenza con la meccanica quantistica, dovrebbe possedere caratteristiche non-locali, permettendo l'esistenza di relazioni di causa istantanee o comunque più veloci della luce tra entità fisiche separate. La prima teoria delle variabili nascoste fu proposta da Louis de Broglie alla fine degli anni venti del secolo scorso e prese il nome di ipotesi di de Broglie. Sulla scia di questa nacque nel 1952 a opera del fisico e filosofo David Bohm la meccanica bohmiana, che ancora oggi è considerata la teoria a variabili nascoste meglio formulata.

Basandosi sull'idea originaria di de Broglie, Bohm ha teorizzato di associare a ciascuna particella, ad esempio un elettrone, una sorta di onda guida che governi il suo moto. Grazie a tale assunto gli elettroni hanno un comportamento sufficientemente chiaro: quando si conduce il celebre esperimento della doppia fenditura, essi passano attraverso una fenditura piuttosto che un'altra e la loro scelta non è probabilistica, ma predeterminata, mentre l'onda associata attraversa entrambe le fenditure generando la figura di interferenza.

Tale prospettiva contraddice l'idea di eventi locali che è utilizzata sia nella teoria atomica classica che nella teoria della relatività. Conduce poi ad una visione più olistica, interattiva e reciprocamente penetrante del mondo. In effetti lo stesso Bohm ha sottolineato nei suoi ultimi anni di attività l'aspetto più tipicamente olistico della teoria quantistica, avvicinandosi alle idee di Jiddu Krishnamurti e agli studi di Karl Pribram sul funzionamento del cervello. L'interpretazione di Bohm, come altre, ha anche fornito le basi per alcuni libri che tentano di collegare la fisica con il misticismo orientale.

I conflitti con la teoria della relatività, non solo in termini di non-località, ma soprattutto per quanto riguarda l'invarianza di Lorentz, sono considerati dai sostenitori della "convenzionale" fisica quantistica come la principale debolezza della teoria di Bohm[4]. Secondo i critici essa sembrerebbe scaturire da una forzatura, ovverosia sarebbe stata deliberatamente strutturata per fare previsioni che sono in ogni dettaglio uguali a quelle della meccanica quantistica. Per una parte dei fisici quantistici il proposito di Bohm non sarebbe stato quello di fornire una controproposta organica, bensì semplicemente di dimostrare che le teorie a variabile nascosta sono possibili.

La teoria di 't Hooft[modifica | modifica sorgente]

Un altro tipo di teoria deterministica[5] è stata recentemente introdotta da Gerard 't Hooft, la cui proposta è stata motivata dai problemi che si incontrano quando si cerca di formulare una teoria unificata della gravità quantistica.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Lettera a Max Born, 4 dicembre 1926, Albert Einstein Archives reel 8, item 180
  2. ^ A. Einstein, B. Podolsky and N.Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? (1935), Phys. Rev. 47, 777-780
  3. ^ Kwiat, P. G., et al. (1999) Ultrabright source of polarization-entangled photons, Physical Review A 60, R773-R776
  4. ^ "There is a certain irony here associated with the fact that most physicists (at least, among those who have even heard of it) reject the de Broglie - Bohm theory because it is explicitly non-local." Norsen, T., Comment on "Experimental realization of Wheeler’s delayed-choice GedankenExperiment", arxiv:quant-ph/0611034v1
  5. ^ 't Hooft, G. (1999) Quantum Gravity as a Dissipative Deterministic System, Class. Quant. Grav. 16, 3263-3279

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]