Teorie delle variabili nascoste
In fisica le teorie delle variabili nascoste sono state sviluppate nella presunzione che la meccanica quantistica, per il suo carattere ontologicamente probabilistico, sia una teoria incompleta.
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 dovesse essere in grado di descrivere tutti gli elementi di realtà e che pertanto la meccanica quantistica fosse una parte di una teoria deterministica più fondamentale.
Descrizione[modifica | modifica wikitesto]
Non-determinismo e variabili nascoste[modifica | modifica wikitesto]
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.
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 wikitesto]
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).
Esempi[modifica | modifica wikitesto]
La teoria di Bohm[modifica | modifica wikitesto]
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. Sulla scia dell'idea di de Broglie dell'onda pilota, nacque nel 1952, a opera del fisico e filosofo David Bohm, un'interpretazione della meccanica quantistica 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, un'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.
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 wikitesto]
Un altro tipo di teoria deterministica[5] è stata 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.
Risultati sperimentali[modifica | modifica wikitesto]
2007: misurazione di un sistema di molte particelle[modifica | modifica wikitesto]
Uno studio del 2007 ricostruisce un insieme di traiettorie medie di una particella "bohmiana" che corrispondono alle traiettorie previste dall'interpretazione bohmiana della meccanica quantistica[6].
Paradosso delle traiettorie surreali[modifica | modifica wikitesto]
Nel 2016 Aephraim Steinberg e la sua équipe della Università di Toronto pubblicano un articolo su Science Advances che risolve sperimentalmente il paradosso della traiettorie surreali dell'esperimento di Young utilizzando fotoni correlati (entangled)[7].
Note[modifica | modifica wikitesto]
- ^ Lettera a Max Born, 4 dicembre 1926, Albert Einstein Archives Archiviato il 19 agosto 2010 in Internet Archive., reel 8, item 180
- ^ A. Einstein, B. Podolsky and N.Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? (1935), Phys. Rev. 47, 777-780
- ^ P. G. Kwiat, et al. (1999) Ultrabright source of polarization-entangled photons, Physical Review A 60, R773-R776
- ^ "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." T. Norsen, Comment on "Experimental realization of Wheeler's delayed-choice GedankenExperiment", arxiv:quant-ph/0611034v1
- ^ Gerard 't Hooft (1999) Quantum Gravity as a Dissipative Deterministic System, Class. Quant. Grav. 16, 3263-3279
- ^ Risolto il paradosso delle traiettorie surreali dei fotoni, in lescienze.it, 22 febbraio 2016. URL consultato il 22 febbraio 2016.
- ^ (EN) Experimental nonlocal and surreal Bohmian trajectories, in Science Advances, American Association for the Advancement of Science. URL consultato il 22 febbraio 2016.
Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]
- Meccanica quantistica
- Interpretazioni della meccanica quantistica
- Interpretazione di Bohm
- Teorema di Bell
Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]
- (EN) Teorie delle variabili nascoste, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
