Il principio di non località

“Gatto vivo gatto morto”. Com’è possibile che un povero micio rinchiuso in una scatola sia contemporaneamente sia vivo che morto? Che cos’è e come si può spiegare il “principio di non località”?

Riprendiamo un articolo di Daniel Tarozzi che intervista Massimo Teodorani, su www.sceinzaeconoscenza.it e che ben risponde a queste nostre due domande. (Link)

Daniel Tarozzi - Se dovessimo fare un manuale “for dummies”, come si potrebbe definire la fisica quantistica?
Massimo Teodorani: La definirei la “fisica delle possibilità”, delle quali ciascuna potenzialmente può diventare realtà.

D.T. - Ci spiega la storia del celebre “gatto di Schroedinger”? Com’è possibile che il povero micio rinchiuso in una scatola sia contemporaneamente sia vivo che morto?

M.T. - Immaginiamo di avere una scatola e di metterci dentro un gatto, e poi di chiuderla.
Supponiamo poi che un fotone entri nella scatola con una mezza probabilità di essere trasmesso e un’altra mezza di non esserlo. Se il fotone è trasmesso, esso innesca un congegno che emette una sostanza chimica che uccide il gatto, mentre se non è trasmesso il gatto rimane vivo. Ma siccome il gatto è chiuso dentro la scatola, noi non possiamo sapere se esso è vivo oppure morto.
Infatti esiste una “sovrapposizione di stati” in cui il gatto è sia vivo che morto. Questo esempio rappresenta in maniera intuitiva il concetto di “sovrapposizione” degli stati quantistici, proprio quella descritta dalla Funzione d’Onda di Schroedinger. Noi possiamo sapere se il gatto è vivo o morto, solo nel momento stesso in cui apriamo la scatola.
L’atto di aprire la scatola è esattamente equivalente al processo della misura (l’atto osservativo) e corrisponde a far “collassare” la Funzione d’Onda.

Faccio ora un altro esempio più terra terra. Se io mi trovo in una stanza buia e lancio una moneta in aria e poi essa ricade, io non posso sapere se essa mostra testa o croce, perché la moneta si trova in una sovrapposizione di testa e di croce, fino a che non accendo la luce.
Nel momento di accendere la luce io faccio collassare la sovrapposizione di testa e di croce, perché sono finalmente in grado di vedere quale delle due facce mostra la moneta. Misurare qualcosa distrugge la sovrapposizione, forzando quello che è uno stato quantistico descritto dalla Funzione d’Onda ad assumere uno “stato classico” in cui l’identità dei vari stati è decisa. Tutto questo avviene nel mondo delle particelle elementari, e il ruolo perturbativo dell’osservatore è assolutamente fondamentale, dato che egli – interagendo con una realtà quantistica fatta di sovrapposizioni di stati – porta questi stati ad assumere uno stato ben definito. Questi sono gli assunti che costituiscono le fondamenta della meccanica quantistica.

D. T. - Che cos’è e come si può spiegare il “principio di non località”?

M. T. - Immaginiamo di prendere una particella quantistica, caratterizzata da rotazione pari a zero, e di “spezzarla” in due. Le particelle risultanti avranno una rotazione uguale e contraria che, sommata, sarà di nuovo zero, come prevede una legge fondamentale della fisica quantistica.
Se prendessimo una di queste particelle e la inviassimo in qualche modo nello spazio, magari ad una distanza di anni luce, ci troveremmo di fronte ad un fenomeno sorprendente: invertendo la rotazione della particella rimasta nel nostro laboratorio (ciò avviene semplicemente osservandola con uno strumento, che inevitabilmente la perturba) scopriremmo che simultaneamente cambierebbe anche la rotazione della particella “dispersa” nello spazio.
Ciò avverrebbe scavalcando tutte le leggi fisiche classiche conosciute, violando apparentemente la Relatività einsteniana.
Questo esperimento dimostra quindi che le due particelle non sono realmente “spezzate”, ma sono apparentemente due diverse “manifestazioni” di un'unica entità.
Se infatti le due particelle fossero state realmente “separate”, l’informazione sull’inversione di rotazione della prima particella avrebbe impiegato milioni di anni per arrivare, alla velocità della luce, alla seconda particella.
A queste particelle, dette anche “entangled”, si applica il principio di non-località che afferma come l'effetto dell'entanglement quantistico non ponga limiti di posizione tra particelle.

Tratto da The Quantum Activist - DVD (Macroticonzero, 2011).