Il rebus della misurazione quantistica

Sappiamo che nel momento che cerchiamo di effettuare la misurazione di una particella, l’atto stesso provoca  il collasso della funzione d’onda. Per  i più distratti ricordiamo che  semplificando al massimo la  funzione  d’onda rappresenta  la densità di probabilità dello stato sulle posizioni della particella  oggetto di misurazione.

In che modo il ricercatore provoca il collasso della funzione d’onda? E questo collasso avviene veramente a livello microscopico? E tutte le misurazioni provocano  il collasso della  funzione d’onda?  La meccanica quantistica compresa l’interfaccia  che la collega  alla realtà macroscopica produce una freccia temporale? Le domande aperte sono  molte ed oggetto ancora oggi di un vasto  e talora aspro dibattito tra i fisici.

Il problema della misurazione quantistica introduce una distinzione tra due fasi, il  prima  ed il  dopo la misurazione,  rispetto alla funzione d’onda.  Prima della misurazione la funzione d’onda secondo l’equazione di Schrodinger evolve tranquillamente, appena il ricercatore effettua la misurazione, l’equazione di Schrodinger viene messa da parte ed avviene il  collasso della funzione d’onda. Eppure non esiste differenza  tra gli atomi, i protoni ed i neutroni che costituiscono il ricercatore ed i suoi apparecchi di misurazione e l’atomo, il protone o il  neutrone che  ci accingiamo a misurare. Eppure la meccanica quantistica li considera in modo differente.  Negli anni sono state proposte diverse ipotesi toriche per spiegare questo apparentemente anomalo comportamento, ognuno con i suoi fautori e detrattori.  Una teoria che si fa risalire ad Heisenberg afferma che  la funzione d’onda non  è una caratteristica intrinseca della  meccanica quantistica ma piuttosto una rappresentazione   della realtà stessa per quanto  la conosciamo.

Esiste poi  la  teoria di Hugh Everett conosciuta  come interpretazione a molti mondi.  Per chi volesse  saperne  qualcosa di più può leggere il post  Hugh Everett III e gli universi paralleli.

Una terza proposta fu avanzata  negli anni Cinquanta dal fisico David Bohm, essa afferma che ogni particella possiede come nella fisica classica  posizione e velocità definite. Tuttavia in conformità  con il  principio  di indeterminazione ( vedi   “Il principio  di indeterminazione  di Heisenberg”)

le proprietà spaziali e di velocità  di una particella rimangono inaccessibili. 

La differenza  sostanziale nella teoria di Bohm è che  non esiste una fase distinta dovuta al collasso della funzione d’onda. Una quarta, suggestiva ipotesi è stata avanzata da un trio di fisici italiani: Giancarlo  Ghirardi, Alberto Rimini e Tullio  Weber.

Essi modificano ingegnosamente l’equazione di Schrodinger introducendo  il  concetto dell’instabilità intrinseca della funzione  d’onda. In altre  parole anche senza  interferenze esterne la funzione d’onda di una particella, almeno una  volta ogni miliardo di  anni  collassa spontaneamente. Per quanto  riguarda gli oggetti macroscopici una mela, la Luna, un uomo che sono  composti da innumerevoli miliardi di particelle il collasso spontaneo della funzione d’onda di una di queste innesca,  in una sorta di effetto domino,  il collasso generalizzato di tutte le funzioni d’onda di tutte le particelle  che costituiscono il corpo macroscopico, consentendone quindi di mantenere la definizione spazio-temporale.

Infine dalla fine degli anni Settanta è emersa una nuova spiegazione di questo  fenomeno che ha suscitato molto interesse in gran parte della  comunità scientifica, la cosiddetta decoerenza quantistica. 

Per una spiegazione estremamente succinta di questa teoria leggi “La decorenza quantistica”

Insomma  la meccanica quantistica di cui  pure innumerevoli prove sperimentali hanno confermato, nel corso degli ultimi decenni, la sua affidabilità e forza predittiva, mantiene ancora molti aspetti oscuri che dividono il  mondo della fisica e che ci lasciano ancora  in dubbio, su quale sia  la  realtà che ci circonda  più vera e se mi si passa il gioco  di parole, più reale.