onda o particella - L`esperimento più bello della fisica

Il paradosso del “which way?”:
onda o particella ?
Lo decido io!
giorgio lulli
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”) !
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.
Situazione 1
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.
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.
Situazione 2
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
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
l’informazione
sul percorso del fotone può essere
Situazione
2
ottenuta senza esercitare alcuna perturbazione su esso.
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
.. 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
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
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
Situazione
2 proprietà non dipendono dal fatto di essere
oggettiva,
le cui
o meno osservate.
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
Situazione
2
molto
più profondo
e complesso di quanto non ci sia
possibile immaginare sulla base dell’intuizione e dei
meccanismi fisici fin qui conosciuti