Il paradosso del which way? : onda o particella? Lo decido io! giorgio lulli

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1 Il paradosso del which way? : onda o particella? Lo decido io! giorgio lulli

2 Ci domandiamo qui: cosa accade se nell esperimento più bello cerchiamo di sapere da che parte (which way?) è passato l elettrone? Il Dr. Quantum ci ha detto, in modo alquanto sibillino, che conoscere da che parte passa l elettrone fa scomparire il fenomeno dell interferenza (precisamente che l osservatore ha fatto collassare la funzione d onda )!

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4 Notate che ponendoci la domanda per dove passa..? noi stiamo pensando al nostro oggetto come una particella, che possiede una traiettoria e che dunque se passa da una fenditura non può contemporaneamente passare dall altra... Vediamo i fatti, e per spiegarli secondo le idee della meccanica quantistica, tralasceremo gli aspetti di formalismo matematico La prima situazione è solo un ripasso di quello che abbiamo già visto: se guardiamo solo cosa accade sul rivelatore e non ci preoccupiamo di sapere cosa succede in mezzo, osserviamo la figura di interferenza, ormai ben nota.

5 Situazione 1

6 Con i simboli D> e S> abbiamo indicato le possibilità per un elettrone di passare dalla fenditura destra e sinistra, rispettivamente. Esse possono verificarsi con la stessa probabilità, ma qui non sappiamo quale si verifica davvero. Si può dire che D> e S> coesistono, e quindi che possono interferire tra loro. Il risultato che osserviamo sullo schermo è la loro sovrapposizione In questo caso i puntini che rivelano gli elettroni sullo schermo si accumulano secondo la tipica distribuzione a strisce dell interferenza.

7 Situazione 2. Con uno strumento (l occhio del Dr. Quantum) andiamo a vedere da che fenditura passa l elettrone, ottenendo così l informazione which way? se facciamo questo, la figura di interferenza scompare!, sostituita da un qualcosa di simile alla figura (l immagine proiettata delle fenditure) che si ottiene quando facciamo l esperimento con le palline.

8 Situazione 2

9 Non ci sono più le 2 possibilità che possono interferire, ma c è una sequenza di singoli eventi, per ciascuno dei quali ora sappiamo che accade o D> o S> Lo stato sullo schermo deriva dalla somma dei singoli eventi I puntini si accumulano sullo schermo attorno a due strisce che corrispondono alle proiezioni delle fenditure

10 Un piccolo appunto. Abbiamo imparato prima che anche la luce si può comportare come onda o corpuscolo (fotone) in modo del tutto simile agli elettroni. Anche con i fotoni si può quindi fare l esperimento più bello. In particolare si può fare l esperimento which way?. Perchè farlo con i fotoni? Perchè sono più semplici da maneggiare e perchè offrono in questo caso un grosso vantaggio. È infatti possibile congegnare la misura in modo che Situazione l informazione 2 sul percorso del fotone può essere ottenuta senza esercitare alcuna perturbazione su esso.

11 La scomparsa dell interferenza non può quindi essere dovuta ad un disturbo diretto introdotto dalla nostra osservazione. Il risultato dipende dunque dalla nostra decisione di osservare una proprietà (which way?) che appartiene alla natura corpuscolare dell oggetto. Situazione 2

12 .. ma stiamo dicendo sul serio che il fatto di comportarsi come onda o come particella dipende dalla nostra soggettiva decisione di come fare la misura? Situazione 2

13 Detta in questo modo suona come una estremizzazione, si potrebbe per esempio dire, in modo meno eclatante, che il comportamento dell elettrone o del fotone dipende dalla configurazione dell apparato di misura che noi stiamo utilizzando Resta comunque l idea che il soggetto possa esercitare con l atto della misura un influenza sulla natura dell oggetto dell indagine Influenza che, è importante sottolinearlo, non avviene per effetto di una interazione basata sulle forze conosciute Situazione 2

14 Questi risultati, ancora più soprendenti di quelli visti fin qui, mettono in crisi persino l idea che esista una realtà oggettiva che si comporta in modo indipendente dal sistema che la osserva. Questo ingresso del soggettivismo nella fisica ha creato ovviamente dibattiti e controversie a non finire, e non solo in campo strettamente scientifico, ma anche in quello filosofico. Molti scienziati hanno cercato spiegazioni alternative ai fenomeni che abbiamo brevemente raccontato, cercando in particolare di salvaguardare l idea che esista una realtà oggettiva, Situazione le cui 2 proprietà non dipendono dal fatto di essere o meno osservate.

15 La messa in crisi del concetto di realtà oggettiva è uno dei motivi per cui Einstein rifiutò fino all ultimo di accettare che la meccanica quantistica fosse una teoria completa e definitiva. A questo proposito è famosa la frase in cui disse che a lui piaceva pensare che la luna stesse lassù nel cielo anche quando lui non la guardava... Non è qui il caso di discutere se le varie interpretazioni alternative a quella ortodossa di Bohr e Heisenberg siano più o meno convincenti Resta il fatto incontrovertibile che la meccanica quantistica indica un livello di interazione tra gli elementi della realtà molto Situazione più profondo 2 e complesso di quanto non ci sia possibile immaginare sulla base dell intuizione e dei meccanismi fisici fin qui conosciuti