MECCANICA QUANTISTICA
E HYPOTHESES NON FINGO
VINCENZO FANO
CESENA, XIV SCUOLA
L’ANALOGIA
Può essere istruttivo raccontare brevemente per concludere
alcune risposte dei filosofi naturali al dilemma della
gravità. Innanzitutto c’erano quelli che sostenevano che la
nozione tradizionale di etere non poteva essere eliminata e
proponevano dei mezzi per salvarla [Huygens]. Poi c’erano
quelli che insistevano che un etere meccanico di un qualche
tipo non era più sostenibile e che bisognava trovare qualche
altro mezzo – materiale o spirituale – per riempire gli
spazi [Clarke]. Infine almeno uno riteneva che non ci fosse
bisogno di una spiegazione fisica della correlazione fra moti
planetari e della posizione e massa del sole e approfittò
dell’occasione per proporre una visione strumentalistica
della scienza naturale in generale [Berkeley]. Non è
difficile individuare un’analogia fra queste alternative e le
risposte al dilemma quantistico raccontate in questo libro.
(McMullin, 1989)
DESCARTES
“Dopo quanto è stato dimostrato di sopra, cioè che
tutti i luoghi sono pieni di corpi, e che ogni parte della
materia è talmente proporzionata alla grandezza del
luogo che occupa, da essere impossibile che ne
riempia uno maggiore, né che si rinserri in uno più
piccolo, né che nessun altro corpo vi trovi posto nel
mentre che essa vi è, dobbiamo concludere che è
necessario che vi sia sempre tutto un circolo di
materia o anello di corpi che si muovano insieme in
pari tempo; così che, quando un corpo lascia il suo
posto a qualche altro che lo caccia, entra in quello di
un altro, e quest’altro in quello di un altro e così di
seguito fino all’ultimo, che occupa nel medesimo
istante il luogo lasciato dal primo.” (Descartes, 1644)
NEWTON
Definizione V.
La forza centripeta è la forza per mezzo della
quale i corpi sono tratti, sono spinti, o comunque
tendono verso un qualche punto come verso un
centro.
Di questo genere è la gravità, per mezzo della
quale i corpi tendono verso il centro della terra.
(Newton, 1687)
NEWTON STRUMENTALISTA?
Newton risponderà a Leibniz che le cause della
gravità sono occulte, ma non la gravità in quanto
qualità.
“Userò le parole attrazione, impulso o
propensione di qualcosa verso un centro,
indifferentemente e promiscuamente l’una per
l’altra; visto che queste forze sono considerate
non fisicamente, ma matematicamente.”
(Newton, 1687)
NEWTON TEOLOGO?
“ E’ inconcepibile che l’inanimata, bruta materia, senza la
mediazione di qualcos’altro che non sia materiale, operasse
ed influisse su un’altra materia senza reciproco contatto,
come dovrebbe essere se la gravitazione, nel senso di
Epicuro, fosse essenziale e inerente ad essa. E questa è una
ragione per cui desideravo che non attribuiste a me la
gravità innata. Che la gravità debba essere innata,
inerente ed essenziale alla materia, così che un corpo possa
agire su un altro a distanza attraverso un vacuum, senza la
mediazione di nient’altro, mediante e attraverso cui la sua
azione e forza può essere trasmessa dall’uno all’altro, è per
me una tale assurdità che ritengo che chi possieda una
competente facoltà di pensiero nelle discipline filosofiche,
non possa mai cadervi. La gravità deve essere causata da
un agente che agisce costantemente in accordo a
determinate leggi, ma ho lasciato al giudizio dei miei lettori
di stabilire se questo agente sia materiale o immateriale.”
(Newton, 1693)
NEWTON CARTESIANO?
“Questione 21. Non è, questo mezzo, molto più
raro dentro ai corpi densi del sole, delle stelle, dei
pianeti e delle comete che nel vuoto spazio celeste
esistente fra loro? E nel passare da quelli a
distanze molto maggiori, non diventa
continuamente sempre più denso, e causa
pertanto la gravitazione di questi grandi corpi
l’uno rispetto all’altro e delle loro parti rispetto ai
corpi: dato che ogni corpo compie uno sforzo per
andare dalle parti più dense del mezzo verso
quelle più rare?” (Newton, 1706)
NEWTON AGNOSTICO?
“Questa forza nasce internamente da qualche
causa che penetra fino al centro del sole e dei
pianeti, senza diminuzione della capacità, e opera
non in relazione alla quantità delle superfici delle
particelle sulle quali agisce (secondo il comune
comportamento delle cause meccaniche), ma in
relazione alla quantità di materia solida. La sua
azione si estende per ogni dove a immense
distanze, sempre decrescendo in proporzione
inversa al quadrato delle distanze [...] In verità
non sono ancora riuscito a dedurre dai fenomeni
la ragione di queste proprietà della gravità, e non
‘fingo ipotesi’.” (Newton, 1713)
LA SCOPERTA DI NEWTON
Newton nei Principia (1687), sollecitato prima da
Hooke e poi da Halley dimostra il nesso fra una
forza proporzionale all’inverso del quadrato della
distanza e le leggi di Keplero.
Nel Settecento i cartesiani non negheranno che la
forza ha questo andamento matematico, ma
cercheranno un’interpretazione di essa in termini
di vortici.
LEIBNIZ
Gli antichi e i moderni che sostengono che la
gravità è una qualità occulta sono dunque nel
giusto se con quell’espressione vogliono dire che
esiste un certo meccanismo ad essi sconosciuto,
per cui tutti i corpi tendono verso il centro della
Terra. Ma se ritengono che tale operazione si
effettui senza alcun meccanismo, per una
semplice qualità originaria, o per una legge
divina, che produce quell’effetto, senza servirsi di
mezzi intelligibili, allora introducono una qualità
occulta irragionevole, talmente occulta che
neppure se un Angelo, per non dire Dio stesso,
volesse spiegarla, riuscirebbe mai a renderla
chiara. (Leibniz, 1711)
COTES
“O la gravità trova un suo posto tra le proprietà
primarie di tutti i corpi, oppure non vi sono
nemmeno l’estensione, la mobilità e
l’impenetrabilità. E la natura delle cose sarà o
giustamente spiegata mediante la gravità dei
corpi o non sarà affatto spiegata nemmeno con
l’estensione, la mobilità e l’impenetrabilità dei
corpi.” (Cotes, 1713)
LOCKE
“Ammetto di aver sostenuto che il corpo agisce per
impulso e non diversamente. Questa era la mia
opinione quando scrissi quel Saggio e anche adesso
non sono capace di concepire la sua azione se non in
quel modo. Ma il libro incomparabile del saggio signor
Newton mi ha convinto che v’è un eccesso di
presunzione nel voler segnare i limiti del potere di Dio
alla luce delle nostre limitate concezioni. La
gravitazione della materia verso la materia che si
verifica in modi per me incomprensibili non solo
dimostra che Dio, quando lo ritenga opportuno, può
attribuire ai corpi poteri e modi di azione anche
diversi da quelli che possono essere dedotti dalla
nostra idea di corpo o spiegati con le nostre cognizioni
della materia, ma testimonia inoltre
incontestabilmente che Egli ha davvero fatto così.”
(Locke, 1699)
KANT…
“Sembra che ogni effetto immediato di una
materia su un’altra non possa mai essere
qualcosa d’altro se non pressione o urto, le sole
due influenze che noi possiamo percepire
immediatamente, invece l’attrazione, che per se
stessa non ci può dare nessuna sensazione […]
entra così difficilmente in testa come forza
originaria.”
… E L’AZIONE A DISTANZA
“Ma la forza di attrazione originaria non è affatto
più incomprensibile della forza di repulsione
originaria […] L’obbiezione più comune contro
l’azione immediata [attraverso il vuoto] a
distanza è che una materia non può agire
immediatamente là dove essa non è. […] Ciò è
così poco contraddittorio che piuttosto si può dire
che qualunque cosa agisce nello spazio soltanto in
un luogo dove non c’è l’agente.” (Kant, 1786)
AZIONE A DISTANZA
Intensità dibattito
1700
Tempo
1900
F. van Lunteren, FRAMING HYPOTHESIS, Utrecht,
1991.
ALBERT EINSTEIN
“se solleviamo una pietra e poi la lasciamo
andare, perché mai essa cade a terra?” La
risposta abituale a questa domanda è: “Perché è
attirata dalla terra”. La fisica moderna formula
la risposta in modo alquanto diverso per la
ragione seguente. In base a uno studio più esatto
dei fenomeni elettromagnetici, siamo pervenuti
alla conclusione che non esiste azione a distanza
senza l’intervento di qualche entità fisica
intermediaria. (Einstein, 1916)
EINSTEIN E CARTESIO
“Descartes discusse la cosa all’incirca in questi
termini: lo spazio è essenzialmente identico
all’estensione, ma l’estensione è connessa ai corpi; non
esiste dunque spazio senza corpi, cioè non esiste
spazio vuoto. […] Vedremo più tardi, però, che la
teoria della relatività generale conferma in maniera
indiretta la concezione cartesiana. […] Descartes non
era dunque così lontano dal vero quando credeva di
dover escludere l’esistenza di uno spazio vuoto. Tale
nozione appare invero assurda, finché la realtà fisica
viene vista esclusivamente nei corpi ponderabili. Solo
l’idea del campo come rappresentante la realtà, in
combinazione con il principio generale di relatività,
riesce a rivelare il vero nocciolo dell’idea di Descartes:
non esiste spazio ‘vuoto di campo’.” (Einstein, 1952)
LOCALITA’
Consideriamo un sistema formato da due sistemi
parziali S1 e S2 spazialmente separati e non
soggetti a interazioni di rilievo, descritto in
meccanica quantistica dalla funzione 12. “Ora
mi sembra che si possa parlare della reale
situazione di fatto del sistema parziale S2 […] La
reale situazione di fatto del sistema S2 è
indipendente da ciò che si fa sul sistema S1, che è
spazialmente separato da S1.” (Einstein, 1949)
LOCALITA’ DI BELL
“Il paradosso di Einstein, Podolsky e Rosen fu
proposto come un argomento secondo cui la meccanica
quantistica non potrebbe essere una teoria completa,
ma dovrebbe essere corredata di variabili addizionali.
Queste variabili addizionali reinstaurerebbero nella
teoria la causalità e la località. In questa nota,
quell’idea verrà formulata matematicamente e si
mostrerà incompatibile con le predizioni statistiche
della meccanica quantistica. La difficoltà essenziale è
creata dalla richiesta della località, o più
precisamente dal fatto che il risultato di una misura
su un sistema non sia affetto dalle operazioni su un
sistema distante, con il quale esso ha interagito nel
passato.” (Bell, 1964)
LE SPERANZE DI EINSTEIN
La teoria attuale è tutta basata su concetti
classici.
E’ la migliore spiegazione che possediamo.
Essa però non è un buon punto di partenza per
uno sviluppo futuro.
“Le mie aspettative sono guidate dalle esperienze
connesse con la teoria della gravitazione”.
(Einstein, 1949)
INCOMPLETEZZA
“Tutti i paradossi discussi in questo capitolo
trovano un’ovvia soluzione ammettendo che la
meccanica quantistica sia incompleta: non è
meglio questa scelta del doversi occupare di
retroazioni del futuro sul passato, di stati della
realtà non osservata qualitativamente diversi da
quelli che vediamo e di prove dell’esistenza dello
spirito umano? Dopo tutto, potrà mai una teoria
umana essere completa, cioè contenere al suo
interno la risposta ad ogni possibile domanda che
possiamo pensare di rivolgere alla natura?
(Selleri, 1999)
SELLERI E IL REALISMO LOCALE
“Resta tuttavia molto interessante che le sole due
misure di polarizzazione circolare in esperimenti
tipo EPR abbiano dimostrato che la
disuguaglianza di Bell (forte) non è violata ed
abbiano richiesto acrobazie intellettuali per
cercare in qualche modo di interpretarne i
risultati in modo consistente con la meccanica
quantistica. […] Il confronto fra realismo locale e
meccanica quantistica alla fine del 1998 è aperto
come lo è sempre stato.” (Selleri, 1999)
SEPARABILITA’ E LOCALITA’
Oggi si distingue comunemente fra “separabilità”
e “località”. La prima sarebbe la possibilità di
descrivere fisicamente in modo indipendente una
parte di un sistema composto, mentre la seconda
sarebbe l’impossibilità che un sistema agisca a
distanza. La meccanica quantistica violerebbe
solo la separabilità.
Resta il fatto che da un punto di vista
sperimentale sono riscontrabili correlazioni
statistiche che non hanno una causa comune
locale.
REALISMO QUANTISTICO
“In questo capitolo abbiamo visto che la
meccanica quantistica ci costringe ad
abbandonare il concetto di separabilità. Siccome
esso è un importante concetto classico, questo
passo ha un valore storico. L’evoluzione del
dibattito riguardo all’entanglement e alla
località, dal 1935 ai giorni nostri, è paradigmatico
e rappresenta uno sviluppo completamente nuovo
per la filosofia e la storia della scienza.” (Auletta,
Fortunato, Parisi, 2009)
IL REALISMO DI GHIRARDI
“Questo fatto tradotto in termini concreti
significa semplicemente che l’esperienza esclude
la possibilità di un completamento locale della
teoria. Einstein aveva veramente torto poiché
non aveva neppure contemplato, e con lui tutti i
suoi avversari, questa possibilità che i processi
naturali risultassero fondamentalmente
nonlocali. Personalmente ritengo che
l’esperimento di Aspect e collaboratori risulti
conclusivo: i fotoni sono realmente telepatici o, in
termini più scientifici, non possono neppure
pensarsi possedere qualche caratteristica che
garantisca, prima che il test venga eseguito, se
supereranno o no il test.” (Ghirardi, 1997)
STRUMENTALISMO
“Newton considerava ancora le correlazioni descritte dalla
sua legge di gravitazione universale come bisognose di una
spiegazione. Ma un secolo dopo la legge di per sé fu
accettata come la spiegazione. […] La differenza fra questa
è la correlazione di EPR è che nel caso newtoniano la
struttura della legge presa di per sé non presenta ostacoli
formali a una spiegazione riduzionista. […] Ciò che
l’attuale sviluppo delle idee scientifiche nega qui è solo ciò
che certi filosofi e scienziati filosoficamente orientati
asseriscono, cioè che una stringente domanda di
spiegazione agisca nella scienza come ideale regolativo.
Questa concezione rende la fisica continua con la metafisica
ed è caratteristica della cosiddetta tradizione ‘realista’ in
filosofia. C’è anche una tradizione alternativa. […] Questa
tradizione alternativa, antimetafisica ed empirista,
identifica la spiegazione scientifica con la raccolta di
informazioni descrittivamente rilevanti.” (Van Fraassen,
1991)
L’ANALOGIA A RAGION VEDUTA
GRAVITA’
ENTANGLEMENT
STRUMENTALISMO BERKELEY,NEWTO VAN FRAASSEN,
N
FUCHS
REALISMO
COTES, NEWTON,
KANT
EVERETT, ZUREK,
GHIRARDI,
AULETTA-PARISI
INCOMPLETEZZA
HUYGHENS,
NEWTON, LEIBNIZ
EINSTEIN,
SELLERI
MISTICISMO
LOCKE, NEWTON
CAPRA, BOHM,
PAULI, WIGNER
LA FISICA DEL FUTURO?
“Se consideriamo un qualsiasi fenomeno
entangled, come il teletrasporto o i meccanismi
interni del nostro computer quantistico, si pensa
che la causa di esso sia la non separabilità
quantistica. In realtà la fisica moderna ha
mostrato che non esistono entità grandi quanto si
vuole non interagenti che siano non separabili.
Ogni oggetto ha una sua indipendenza locale.”
(Aristein, 2234)
