Un Ignorante tra Scienza e Pseudo Scienza
Tempo stimato di lettura: 10 minuti

In queste pagine cercherò di affrontare la fisica quantistica, mi scuserete se commetterò diversi errori, molti storceranno il naso leggendo le mie righe, ma il mio è soltanto un tentativo di sviluppare curiosità nel lettore. Per meglio comprendere la difficoltà della teoria dei quanti illustrerò alcune celebri frasi di eminenti scienziati che si sono occupati della fisica quantistica:

“ Quelli che non rimangono scioccati, la prima volta che si imbattono nella meccanica quantistica, non possono averla compresa “(Niels Bohr)

“ Non mi piace, e mi spiace di averci avuto a che fare “(Erwin Schrödinger, parlando della meccanica quantistica)

“ Penso si possa tranquillamente affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica “

(Richard P. Feynman)

“ È sempre divertente imparare qualcosa di nuovo sulla meccanica quantistica “

(Benjamin Schumacher)

 

In realtà per poter capire la fisica quantistica bisogna dimenticarci di tutto ciò che è stato dimostrato o studiato dalla fisica classica. Fino al 19º secolo si riteneva che tutti i fenomeni fisici potevano essere spiegati secondo la loro natura corpuscolare o ondulatoria. In realtà alcuni fenomeni non potevano essere spiegati secondo tali teorie: l’effetto fotoelettrico è un esempio, in quanto dimostra che la luce ha un comportamento corpuscolare sebbene sia ritenuta con evidenza come onda. Fu Einstein il primo ad introdurre il concetto di quanto appunto per spiegare questo effetto.

Il problema o la crisi della fisica classica e che la natura corpuscolare si contrapponeva a quella ondulatoria, cioè un corpo o ha un andamento o natura corpuscolare o natura ondulatoria, questo concetto ovviamente è valido per tutti quegli elementi macroscopici quali i pianeti per esempio.

Cosa ben diversa riguarda il mondo subatomico, dove elettroni, neutroni e protoni ovvero le tre tipologie di particelle subatomiche che costituiscono l’atomo che è a sua volta una particella che forma la materia ( fondamento costituente di tutti i corpi e di tutte le cose), ebbene nelle particelle subatomiche non esiste la contrapposizione corpuscolare e ondulatorio ma bensì queste particelle hanno la duplice particolarità di natura corpuscolare e al tempo stesso ondulatoria. Questo è stato dimostrato da un semplice esperimento quale quello della doppia fenditura che appunto secondo il celebre fisico Richard Feynman riflettendo attentamente su questo esperimento è possibile intuire tutta la meccanica quantistica.

Cerchiamo di spiegare questo esperimento:

Nel primo caso proviamo a sparare delle biglie di ferro su una lastra interponendo tra la pistola è la lastra una maschera composta da due fenditure dalle quali fuoriescono le biglie che si vanno ad impressionare sulla lastra, otterremo un risultato come raffigurato da disegno sotto

il secondo caso proviamo a spruzzare dell’acqua attraverso le due fenditure sulla lastra, otterremo un risultato diverso dal primo esempio ,in quanto le onde che fuoriescono dalle fenditure vanno ad interferire fra di loro ,annullandosi in alcuni punti e in altri moltiplicandosi: il risultato sulla lastra e’ di bande scure e chiare. Questi due casi sono fenomeni chiaramente spiegati e spiegabili nel mondo della fisica classica.

Nel caso in cui volessimo sparare degli elettroni che venivano considerati particelle e non onde assistiamo ad un risultato inaspettato

Avremmo cioè sulla lastra un’impressione non solo simile a quella relativa all’esempio sopra delle biglie di ferro, ma anche a quella delle acque cioè ci troveremo in presenza di bande chiare e scure come se l’elettrone fosse un’onda, cioè interferisca con sé stessa tale da annullarsi in alcuni punti e moltiplicarsi in altri, questo fenomeno è abbastanza misterioso, cioè dovrebbe essere spiegato in questo modo: l’elettrone che è una particella al momento di passare le due aperture si comporta come un’onda per produrre appunto interferenza, per poi tornare particella quando colpisce la lastra

A questo punto è necessario osservare con certezza il momento in cui la particella cioè l’elettrone attraversa le due fenditure, utilizzando una rilevatore, cioè un fascio di luce da applicare nel momento in cui la particella attraversa le già citate aperture, la cosa strana che utilizzando questo strumento l’elettrone non passa contemporaneamente le due fenditure ma solo una di esse, cioè se osservato si comporta come un corpuscolo

Quindi assistiamo a due diversi comportamenti: nel primo cioè quando non utilizziamo il rilevatore l’elettrone si comporta come onda, quando invece utilizziamo il rivelatore, si comporta come un corpuscolo.

Questo fenomeno spiegato o analizzato secondo la fisica classica risulta alquanto strano, ma proprio qui sta l’errore di utilizzare la stessa per confrontarci con il già citato fenomeno, in realtà dobbiamo dimenticarci della stessa è introduci nel mondo dei quanti, un vero e proprio mondo con delle leggi fisiche diverse da quelle utilizzate per spiegare fenomeni macroscopici. Infatti l’esperimento di cui sopra ricaviamo due principi fondamentali che si differenziano dalla fisica classica:

non è possibile osservare i due fenomeni quello corpuscolare e ondulare allo stesso tempo (con il rilevatore osserviamo il fenomeno corpuscolare, senza osserviamo l’onda)

mentre nella fisica classica e possibile misurare con assoluta precisione il fenomeno naturale, nella fisica dei quanti ciò è impossibile, in riferimento all’esperimento cui sopra si come quando l’elettrone fin quando non si rivela sul bersaglio non si trova mai in un punto preciso dello spazio, ma esiste in uno stato potenziale astratto descritto appunto dall’onda corrispondente, è ovvio che non è possibile fare misurazioni perfettamente precise ma attraverso le probabilità che elettrone si trova in un punto dello spazio, si cambia il principio deterministico della fisica classica in quello è deterministico.

Mentre nella fisica classica l’osservatore è parte neutrale del fenomeno, nei quanti, l’osservatore e parte attiva.

Einstein sosteneva che se in diversi laboratori allo stesso tempo si effettuavano uno stesso esperimento, il risultato era sempre eguale, nei quanti ciò non esiste, abbiamo visto che nell’esperimento della doppia fenditura abbiamo utilizzato un rivelatore di luce che sebbene in maniera microscopica determina o altera la traiettoria e velocità dell’elettrone, è proprio l’osservatore a determinare l’esperimento.

 

Sono proprio queste osservazione ad aver sviluppato il Il Principio di indeterminazione di Heisenberg (Premio Nobel per la Fisica nel 1932 considerato uno dei fondatori della meccanica quantistica.)

 

 

“ Nell’ambito della realtà le cui connessioni sono formulate dalla teoria quantistica, le leggi naturali non conducono quindi ad una completa determinazione di ciò che accade nello spazio e nel tempo; l’accadere (all’interno delle frequenze determinate per mezzo delle connessioni) è piuttosto rimesso al gioco del caso “

E

il principio di complementarità enunciato da Niels Bohr nel Congresso internazionale dei Fisici del 1927 (tenutosi a Como in occasione del centenario della morte di Alessandro Volta).

per conciliare il dualismo onda- corpuscolo delle particelle elementari, osservato nella meccanica quantistica, Bohr considerò le “contraddizioni” solo apparenti e le risolse postulando che tali aspetti, come quello corpuscolare e ondulatorio, non sono complementari solo in senso concettuale, ma che non possono essere osservati contemporaneamente in quanto escludentisi a vicenda: l’osservazione dell’uno preclude cioè quella dell’altro.

Grazie alla meccanica quantistica siamo riusciti ad ottenere molte informazioni sulla realtà e ci permette di spiegare dei fenomeni inspiegabili con la fisica classica.

Sebbene sia stata verificata sperimentalmente, alcun suoi aspetti lasciano spazio ad interpretazioni differenti circa quale tipo di realta’ essa riconduce. L’interpretazione che viene considerata più valida dal punto di vista scientifico è sicuramente l’interpretazione di Copenaghen: chiamata così proprio perché nata dalla collaborazione di Heisenberg e Niels Bohr , svoltasi proprio nella capitale danese.

Quest’interpretazione non solo determina teorie scientifiche ma invade anche il campo filosofico, nel senso proprio di una diversa osservazione della realtà e di fenomeni naturali, si basa ovviamente sulla complementarietà di Niels Bohr e dal principio di indeterminazione di Heisenberg.

Per meglio comprendere quest’interpretazione e’ necessario descrivere “Il paradigma della camera del gatto”, creato da Erwin Schrödinger per spiegare come il mondo dei quanti cambia ovvero debba necessariamente cambiare il modo di interpretare la realtà.

La camera del gatto

Gatto vivo o gatto morto

“Un gatto è posto all’interno di una camera d’acciaio assieme al seguente marchingegno: in un contatore Geiger c’è una piccola quantità di una sostanza radioattiva, tale che forse nell’intervallo di un’ora uno degli atomi decadrà, ma anche, con eguale probabilità, nessuno subirà questo processo; se questo accade il contatore genera una scarica e attraverso un relay libera un martello che frantuma un piccolo recipiente di vetro che contiene dell’acido prussico. Se l’intero sistema è rimasto isolato per un’ora, si può dire che il gatto è ancora vivo se nel frattempo nessun atomo ha subito un processo di decadimento. Il primo decadimento l’avrebbe avvelenato.

La funzione d’onda del sistema completo esprimerà questo fatto per mezzo della combinazione di due termini che si riferiscono al gatto vivo o al gatto morto, due situazioni mescolate in parti uguali.”

l’intelligenza di Erwin Schrödinger sta nel fatto di unire, ovvero spingere colui che legge il paradigma ad affrontare la nostra realtà in base alle osservazioni di tipo quantistico, il tutto collegando la vita o morte del gatto al decadimento di una sostanza radioattiva (ovvero la trasformazione di un nucleo atomico in un altro elemento attraverso l’emissione di una particella) che è un fenomeno regolato dai principi della meccanica quantistica.

Fino a che non effettuiamo una misura, non possiamo sapere se il decadimento si sarà verificato, cioè fin quando non sarà misurato o osservato Il nucleo della sostanza radioattiva si trova in una mescolanza di stati, nucleo decaduto e nucleo non-decaduto , così il gatto che non è nè vivo nè morto, anch’esso si trova si trova in una mescolanza di stati finché non si effettua la misura cioè si apre la camera d’acciaio.

L’esempio di Schroedinger ci spinge a cambiare la visione della nostra realtà, fin quando un oggetto non vieni misurato non possiamo dire di sapere qualcosa su di esso , fino a quando non apriamo la gabbia del gatto (il che equivale ad effettuare una misura) non ha senso chiederci se sia vivo o morto Le nostre concezioni non riflettono la realta non ancora percepita dai nostri sensi, ma semplicemente, ci permettono di capire l’ambiente naturale in cui ci troviamo.

l’interpretazione di Copenaghen ebbe parecchi avversari, il più famoso senza dubbio fu Albert Einstein, soprattutto egli non accettava il principio di indeterminazione di Heisenberg, sviluppo i famosi paradossi atti a provocare e dimostrare l’insussistenza di tale principio, da questi si svilupparono meravigliosi duelli dei quali prevalse sempre Niels Bohr fino a quando Nel 1935 Einstein, insieme a Podolsky e a Rosen sviluppo’ il famoso paradosso EPR chiamato così per indicare iniziali dei tre scienziati, che in quell’epoca fu considerata di scarsa importanza per il dibattito.

Proviamo in poche parole a spiegare questo paradosso: è un esperimento mentale condotto dai tre scienziati, per creare delle implicazioni al Principio di Indeterminazione di Heisenberg. I tre scienziati supposero di avere un acceleratore di particelle con il quale ottenere un Pioneparticella elementare che interagisce fortemente con i nuclei ,esiste in tre varietà dotate rispettivamente di carica elettrica positiva, negativa e nulla) il pione sarebbe decaduto in due fotoni di spin opposto (i fotoni sono particelle neutre che si propagano nel vuoto, alla velocità di circa 300.000 km/s) (lo spin è il momento angolare intrinseco associato alle particelle).Quindi se analizziamo perfettamente un solo fotone e sappiamo che lo spin dell’altro fotone è l’opposto, otteniamo la misura perfetta di tutte e due le particelle. Questo ovviamente cozza Il principio di Indeterminazione di Heisenberg che afferma che non si può analizzare perfettamente le caratteristiche di due particelle, oppure si può analizzare una misura perfetta di una particella e sbagliare del tutto la misura dell’altra. Questo paradosso oggi e’ provato scientificamente dai cosiddetti teletrasporti( il trasferimento da un punto a un altro di uno stato quantico). Infatti in alcuni laboratori sono stati ottenuti dei trasferimenti di stati quantici dell’ordine di 103 atomi di idrogeno a grandi distanze. Incredibile Einstein aveva ragione, il Principio di indeterminazione di Heisenberg deve essere rivisto e la meccanica quantistica riscritta.

Accanto al principio di indeterminazione di Heisenberg si sono sviluppate altri interpretazione tra cui ricordiamo l’Interpretazione Strumentalistica, l’interpretazione a molti mondi, la teoria della decoerenza e l’interpretazione statistica.

Essendo di natura pseudoscientifica non posso che prendere in considerazione o descrivere brevemente la teoria della coscienza come causa del collasso d’onda, questa teoria in alcuni ambienti scientifici non viene considerata neppure come teoria scientifica.

Per poterla spiegare è necessario ritornare all’esperimento della doppia fenditura, dove ricordiamo che e’ stato il rilevatore a influenzare l’esperimento, in questo caso ovvero nella teoria della coscienza come collasso è appunto la coscienza come causa o origine della realtà in cui viviamo, questa teoria ha sostanzialmente un solo grande difetto, la coscienza stessa, che dal punto di vista scientifico ovvero della fisica non può essere misurabile quindi a priori scartata. Questa teoria che inizia con delle basi scientifiche e ’ stata rapita da movimenti che si occupano del sovrannaturale, perdendo quindi forza e credibilità in ambito scientifico.

Il paradosso della teoria dei quanti sta proprio nel fatto che sebbene ancora non si sia capita o interpretata al 100% ha stravolto la vita di tutti giorni con invenzioni derivate proprio da osservazioni quantistiche: per esempio le schede di memoria (le chiavette USB) dove sfruttando questi effetti quantistici alcuni elettroni riescono a superare uno sbarramento che secondo la fisica classica sarebbe insuperabile, e ne rimangono intrappolati memorizzando e salvando così i nostri dati.

La teoria dei quanti non ha portato solo benefici al mondo scientifico ma anche un grosso problema, infatti essa è inconciliabile con la teoria della relatività di Einstein e in generale con la fisica classica.

 

Sorse negli scienziati la necessità di risolvere questa contraddizione… avevano due strade: rivedere le due teorie alla ricerca di eventuali errori (a mio modesto avviso la migliore scelta) o creare una teoria che mettesse d’accordo le altre due… hanno scelto la seconda, cioè la creazione di una terza teoria, fatto. a mio modo di vedere, abbastanza pericoloso perché e’facile scivolare nella pseudoscienza e sbagliare strada.

 

Questa teoria è quella delle Super- stringhe.

stringhe

Essa prevede che tutto ciò che compone l’universo – tutte le particelle e forse lo stesso spazio-tempo – sia costituito da ‘stringhe’, elementi incredibilmente piccoli che, sottoposti a una espansione estremamente intensa, vibrano e ruotano in un superspazio a dieci dimensioni. La necessità di introdurre dieci dimensioni, e quindi di definire uno spazio piuttosto complesso, nasce dall’esigenza di evitare l’esistenza teorica dei tachioni le famose anti-eistain-particelle che viaggerebbero con velocità superiore a quella della luce e delle particelle fantasma che avrebbero una plausibilità negativa di essere osservate. Secondo la teoria delle Superstringhe, sei di queste dimensioni sarebbero arrotolate, in modo da essere inosservabili. Le diverse particelle elementari corrisponderebbero a diversi modi di oscillazione quantizzati delle stringhe.

La cosa esilarante è che essa non descrive un solo universo, ma qualcosa come 10500 universi (un numero inimmaginabile!), ciascuno dei quali può avere diverse leggi fisiche e costanti e per assurdo potrebbe far giustificare il teorizzare di un modello in cui il nostro universo interagisce con uno parallelo, vivremmo in un universo parallelo e la nostra esistenza in questo universo sarebbe una proiezione spaziale, una specie di ologramma creata attraverso una manipolazione spazio-temporale per opera di una civiltà extraterrestre di ordine superiore.

in definitiva la teoria delle superstringhe è molto complessa, e non ha ancora prodotto ipotesi verificabili sperimentalmente. Malgrado gli sforzi dei ricercatori. L’unificazione della Meccanica Quantistica con la gravità, e dunque con la teoria della relatività generale, che porterebbe alla Teoria del Tutto o GUT, e un evento lontano dal verificarsi

Con la teoria dei quanti e delle super stringhe concludo questo viaggio nel mondo della scienza, gli articoli finali sono solo mie opinioni. Ripeto la mia intenzione non è quella di insegnare qualcosa, non ne ho le possibilità, bensì di sviluppare curiosità e amore nei confronti di teorie o studi che sembrano a prima vista di difficile comprensione.

 

Il quanto d’autore

 

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