Risoluzione dei problemi nel mondo quantistico

Probabilmente non esiste un'altra teoria scientifica così ben supportata come la meccanica quantistica. Per quasi 100 anni, è stata confermata sperimentalmente più volte con grande precisione. Eppure la fisica non è del tutto soddisfatta. Questo perché la meccanica quantistica descrive in modo molto preciso ciò che accade a livello microscopico. Ma quando si tratta di oggetti più grandi, raggiunge i suoi limiti, soprattutto quando si tratta di oggetti in cui la forza di gravità gioca un ruolo importante. Il comportamento dei pianeti, ad esempio, non può essere descritto con la meccanica quantistica. Questo è ancora il dominio della teoria generale della relatività, che a sua volta non è in grado di descrivere correttamente i processi su piccola scala. Molti fisici sognano di combinare la meccanica quantistica con la teoria della relatività per creare un quadro coerente del nostro mondo.

Verso oggetti più grandi

Ma come si possono combinare due teorie che descrivono entrambe in modo molto accurato i processi fisici nei loro ambiti, ma che sono comunque molto diverse? Un modo possibile è quello di effettuare esperimenti di fisica quantistica con oggetti sempre più grandi. La speranza è che a un certo punto emergano incongruenze che rivelino possibili soluzioni. Tuttavia, le possibilità della fisica sono limitate. Il famoso esperimento della doppia fenditura, ad esempio, che può essere utilizzato per dimostrare che le particelle solide si comportano contemporaneamente come onde, non può essere eseguito con oggetti di uso quotidiano.

Gli esperimenti di pensiero, invece, possono superare i confini del mondo macroscopico. ? esattamente quello che hanno fatto Renato Renner, professore di fisica teorica, e la sua dottoranda Daniela Frauchiger in un articolo pubblicato oggi sulla rivista "Nature Communications". In poche parole, nel loro esperimento di pensiero, i due considerano un ipotetico fisico che esamina un oggetto meccanico quantistico e poi usano la meccanica quantistica per calcolare ciò che il fisico scoprirà. Secondo la nostra attuale visione del mondo, questa osservazione indiretta dovrebbe portare allo stesso risultato dell'osservazione diretta. Tuttavia, i calcoli dei due mostrano che non è proprio così: la previsione di ciò che la fisica osserverà è esattamente l'opposto di ciò che si misurerebbe direttamente - una situazione paradossale.

Nessuna soluzione semplice

Sebbene l'esperimento di pensiero sia stato pubblicato ufficialmente solo ora in una rivista scientifica, ha già suscitato scalpore tra gli esperti. Poiché il processo di pubblicazione è stato ripetutamente ritardato, ora ci sono diverse altre pubblicazioni che trattano i risultati - un'altra situazione paradossale, come osserva Renner con un sorriso.

La prima reazione abituale dei suoi colleghi è di solito quella di dubitare dei calcoli, riferisce Renner. Tuttavia, nessuno è ancora riuscito a falsificare i calcoli. Un esperto ha ammesso di aver provato cinque volte senza successo a trovare un errore nei calcoli. Altri colleghi, invece, hanno presentato spiegazioni concrete su come risolvere il paradosso. Tuttavia, un'analisi più attenta ha sempre rivelato che si trattava di soluzioni ad hoc che non avrebbero risolto il problema.

Conclusioni irritanti

Renner trova notevole che l'argomento sia ovviamente polarizzante. Alcuni dei suoi colleghi hanno reagito in modo molto emotivo alle sue scoperte, osserva con sorpresa. Questo probabilmente perché le due ovvie conclusioni delle scoperte di Renner e Frauchiger sono ugualmente irritanti. Una spiegazione è che la meccanica quantistica non è ovviamente applicabile universalmente come si era ipotizzato in precedenza e quindi non può essere applicata a oggetti più grandi. Ma come è possibile che una teoria che è stata confermata sperimentalmente in modo così chiaro più e più volte sia incoerente? L'altra spiegazione è che apparentemente non esistono fatti chiari, non solo in politica ma anche in fisica, e che ci sono altre possibilità oltre a quella che crediamo vera.

Renner ha difficoltà con entrambe le interpretazioni. ? invece convinto che il paradosso sarà risolto in un modo diverso: "Se si guarda indietro nella storia, la soluzione è spesso arrivata da parti inaspettate in momenti come questo", spiega. Per esempio, la teoria generale della relatività, che ha risolto le contraddizioni della fisica newtoniana, si è basata sulla consapevolezza che il concetto di tempo, allora ancora comune, era sbagliato. "Il nostro compito ora è verificare se nel nostro esperimento di pensiero non abbiamo fatto ipotesi che non avremmo dovuto fare in questa forma", spiega Renner. "Per Renner, si tratta di un'opzione interessante: "Solo ripensando radicalmente le teorie precedenti potremo capire meglio come funziona davvero la natura".