CHE COS’È L’ENTANGLEMENT

 

 

 

 

Il fisico Max Caligiuri ci spiega uno dei misteri della meccanica quantistica: l’entanglement

Anche se la loro spiegazione è ancora lontana, i bizzarri fenomeni della meccanica quantistica, tra i quali l’Entanglement, sono alla base di tante tecnologie quotidianamente utilizzate, dal computer al laser, dalle celle solari ai dispositivi biomedicali. Inoltre costringono la scienza a indagare nuove teorie e possibilità, dalle interazioni superluminali alla “morte” quantistica dell’Universo

La meccanica quantistica rappresenta senza dubbio il capitolo più misterioso di tutta la fisica: anche chi non possiede una formazione scientifica specialistica può rendersi facilmente conto e delle sue innumerevoli stranezze, in grado di violare così palesemente il senso comune. Queste “contraddizioni” rappresentano, d’altra parte, il fondamento concettuale delle più importanti teorie fisiche moderne e sono oramai comunemente accettate “in quanto tali”, dal momento che i modelli che da esse derivano sono in grado di descrivere buona parte dei risultati sperimentali finora disponibili.


Entanglement questo sconosciuto

Il comportamento ondulatorio della materia previsto dalla meccanica quantistica è inoltre alla base di un altro sorprendente fenomeno, tipicamente quantistico, noto come entanglement (ovvero intreccio) che caratterizza gli stati quantici di sistemi fisici (microscopici) tra loro interagenti. Si può certamente affermare che l’entanglement quantistico rappresenta uno dei fenomeni più misteriosi, e tuttora sostanzialmente inspiegati, di tutta la fisica a tal punto che Erwin Shrodinger, uno dei padri fondatori della meccanica quantistica lo definiva il “tratto caratterizzante” della teoria quantistica, e Albert Einstein non riuscì mai ad accettarlo fino in fondo tanto da ritenerlo la prova stessa che la meccanica quantistica fosse una teoria sostanzialmente inesatta (o quantomeno incompleta).

In estrema sintesi, il concetto di entanglement è basato sull’assunzione che gli stati quantistici di due particelle microscopiche A e B (ma anche, in una certa misura, dei sistemi macroscopici) inizialmente interagenti possano risultare legati (appunto “intrecciati”) tra loro in modo tale che, anche quando le due particelle vengono poste a grande distanza l’una dall’altra, la modifica che dovesse occorrere allo stato quantistico della particella A istantaneamente avrebbe un effetto misurabile sullo stato quantistico della particella B, determinando in tal modo il fenomeno della cosiddetta “azione fantasma a distanza” (spooky action at distance).

Secondo lo stesso Einstein, l’esistenza di una tale “interazione” a distanza metterebbe in seria crisi la nostra concezione di come la natura funziona, determinando conseguenze paradossali (come quelle descritte dal cosiddetto paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen, altrimenti noto come EPR). Tale affermazione, come divenne chiaro molti decenni dopo, deve essere interpretata esclusivamente con riferimento alla Teoria della Relatività e non può essere ritenuta di validità generale.

Nel 1964 il fisico John Bell ricava una diseguaglianza matematica (nota, appunto, come diseguaglianza di Bell) che quantifica il massimo grado di correlazione tra gli stati quantici di particelle spazialmente distanti nell’ambito di esperimenti in cui sono soddisfatte tre “ragionevoli” condizioni:

  1. gli sperimentatori hanno libero arbitrio nell’imporre le condizioni iniziali dell’esperimento;
  2. le proprietà delle particelle che vengono misurate sono reali e preesistenti e non emergono soltanto al momento dell’esperimento;
  3. nessuna interazione tra le particelle può avere luogo a una velocità maggiore di quella assunta dalla luce nel vuoto (che, in accordo con i postulati della Teoria della Relatività di Einstein, costituirebbe dunque un limite assoluto nell’Universo).

Ebbene, com’è stato provato nell’ambito d’innumerevoli esperimenti appositamente progettati ed eseguiti al fine di verificare la predetta diseguaglianza, la meccanica quantistica puntualmente viola la condizione imposta da quest’ultima, fornendo livelli di correlazione tra particelle lontane superiori rispetto a quelli occorrenti se la diseguaglianza di Bell fosse rispettata.

Tale risultato pone innanzitutto un interrogativo di natura “filosofica”: è forse possibile che il comportamento del sistema fisico risulti in qualche maniera predeterminato, ossia indipendente dalla nostra possibilità di scegliere a piacimento le condizioni sperimentali, nel fornire il risultato ottenuto?
Oppure dobbiamo ritenere che le proprietà quantistiche misurabili delle particelle non siano “reali” (ossia inerenti la natura stesse delle medesime particelle) ma esistano “semplicemente” come risultato delle nostre percezioni (o più precisamente delle nostre misurazioni eseguite sul sistema fisico in questione)?
Se non siamo disposti a ritenere, com’è ragionevole che sia, che la realtà che sperimentiamo sia creata esclusivamente dalla nostra interazione con il mondo circostante all’atto della percezione o della misurazione, allora dobbiamo accettare la possibilità che l’interazione quantistica a distanza tra particelle intrecciate si trasmetta a una velocità superiore a quella della luce nel vuoto.

Continua la lettura sulla rivista Scienza e Conoscenza n. 56 –

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