Il principio di sovrapposizione degli stati quantistici
Mi accingo ora ad illustrare quell'aspetto fondamentale della teoria quantistica che prende il nome di "principio di sovrapposizione degli stati quantistici" e che D. Albert, fisico teorico e filosofo della scienza alla Columbia University, definì come "la storia più sconvolgente emersa nell'ambito delle scienze dal XVII secolo in poi".
In Meccanica Quantistica tutti i possibili valori che una osservabile, cioè una grandezza fisica che può essere misurata, può assumere e che determinano i diversi stati in cui un sistema può presentarsi vengono denominati "autostati".
In termini matematici, lo stato di un sistema è un elemento appartenente allo spazio di Hilbert, cioè ad uno spazio astratto che viene anche definito "spazio delle potenzialità".
Finché non si esegue una misurazione sul sistema, il sistema stesso permane in uno stato "indefinito", cioè costituito dalla "sovrapposizione" di tutti i suoi possibili stati. In parole povere, il sistema, prima del processo di misurazione, si trova contemporaneamente in tutti gli stati "potenzialmente" possibili relativi ad una sua osservabile ed il suo autostato diventerà unico (Schrodinger parlava di "stati puri") soltanto come conseguenza di un atto di misurazione sul sistema stesso.
Si dice che lo stato del sistema, all'atto della misurazione di una sua osservabile, "collassa" (si parla anche di "riduzione") in uno tra i possibili autostati definiti per quella osservabile.
L'indeterminismo probabilistico viene quindi a "collassare", interagendo col sistema, nella certezza di un valore ben preciso: osservare un fenomeno è, dunque, parte integrante della stessa realtà che si intende misurare.
E' questo un elemento nuovo, sconcertante direi, introdotto dal formalismo quantistico rispetto alla fisica classica: l'altro riguarda la "casualità" nella scelta di uno tra i differenti autostati, ciascuno con una propria definita probabilità.
Einstein era "realista", ossia era convinto che i valori delle osservabili, i cosiddetti "autovalori", esistessero anche prima della misurazione, fossero cioè "oggettivi", pre-esistenti al momento della misura.
Per questo motivo considerava la teoria quantistica incompleta ed introdusse , come vedremo meglio in seguito, delle "variabili nascoste" che, secondo lui, avrebbero reso completa l'intera teoria.
Il principio di sovrapposizione degli stati quantistici fu oggetto di un famosissimo "Gedanken Experimente", cioè di un esperimento mentale, ideato da Schrodinger e denominato "il paradosso del gatto": si chiude un gatto in una scatola di acciaio insieme ad un contatore Geiger che contiene una quantità piccolissima di una sostanza radioattiva, in modo tale che nel corso di un'ora un atomo abbia una certa probabilità di decadere. Al momento del decadimento, il contatore aziona il relais di un martelletto che, a sua volta, rompe una fialetta di cianuro.
Nel periodo di tempo di un'ora, quindi, il gatto ha la stessa probabilità di essere morto di quella che ha l'atomo di decadere.
Dato che l'atomo, in quell'intervallo di tempo, esiste in due stati sovrapposti, il gatto è sia vivo che morto fino a che non si apre la scatola, compiendo un'osservazione.
Se, aprendo la scatola d'acciaio, troveremo il gatto morto, dovremo ammettere che è stato l'atto stesso di "osservare" all'interno della scatola che ha ucciso il gatto e quindi saremo noi, in quanto osservatori, i responsabili della sua morte.
Il paradosso del gatto di Schrodinger è un esempio, molto noto, di fenomeno di "entanglement".
In linea teorica, la meccanica quantistica consente l'esistenza di una relazione molto stretta tra oggetti microscopici e oggetti macroscopici: ne parlerò più approfonditamente dopo aver illustrato il "paradosso EPR", elaborato da Einstein, Podolski e Rosen in un famoso lavoro del 1935. Al termine di questa breve dissertazione sul principio di sovrapposizione degli stati in meccanica quantistica, che, tempo permettendo, cercherò di ampliare, possiamo senz'altro convenire su un fatto inequivocabile: i sistemi microscopici (parliamo di fotoni ma anche di elettroni, ecc.) hanno un comportamento tale da non lasciarsi "inquadrare" in nessuno schema da noi elaborato in base alle nostre esperienze con gli oggetti macroscopici.
Si tratta di un fatto rivoluzionario che non riguarda solo la scienza.
Buona lettura https://forum.tomshw.it/s9/smilies/wink.gif