Il meccanico quantistico

Il meccanico quantistico

Dinamite Blu è una versione alternativa dello scontroso Dinamite Bla ideato nel 1964 da Dick Kinney e Al Hubbard. Il pianeta parallelo di Dinamite Blu, Panetòna, sembra popolato da persone scientificamente più consapevoli delle leggi della meccanica quantistica, così come i motori sfruttano in maniera più evidente le leggi della meccanica quantistica. Questo implica che sia necessario per le riparazioni il mestiere di meccanico quantistico, che poi è quello di Dinamite Blu. Un po’ Bud Gregory, anch’egli meccanico, protagonista de L’uomo che vedeva gli atomi di Murray Leinster, l’alter ego di Dinamite giunge sulla Terra alla ricerca del cricchetto termodinamico, la cui presenza in un luogo diverso da quello di origine rischia di generare una catastrofe interdimensionale, con conseguente distruzione del mondo. Così i due Dinamite si lanciano nella missione di recupero del cricchetto aiutati dagli immancabili Paperino e Paperoga.

Due righe sulla storia

Fausto Vitaliano, che scrive per Topolino #3259 una nuova storia all’interno del cappello Topolino Comics&Science, si è evidentemente divertito con i concetti della meccanica quantistica, alcuni dei quali spiegati in maniera forse un po’ sbrigativa (1) nell’articolo di accompagnamento. Chiaramente ispirato per lo stile a Douglas Adams, Vitaliano parte immediatamente con una pagina sulla fisica, dove un paio di vignette potrebbero benissimo essere di ispirazione per la mia serie de Le grandi domande della vita. L’alternanza tra l’avventura vera e propria e gli inserti di genere scientifico sembra, poi, ispirata alla medesima scelta fatta da Leonardo Ortolani su C’è spazio per tutti, sviluppata con la stessa efficacia, anche in questo caso senza risultare per nulla pesante alla lettura. I disegni rotondi, dinamici e in qualche modo malleabili si Stefano Intini contribuiscono a rendere la storia piacevole, divertente e veloce da leggere.

Il mondo dell’improbabile

La rivoluzione della meccanica quantistica inizia tra il 1899 e il 1900 con la scoperta/introduzione di una nuova costante da parte del fisico teorico tedesco Max Planck, il cui nome viene parzialmente utilizzato per quello di Dinamite Blanck, avo del più noto Bla nonché inventore della meccanica qua(ck)ntistica. Questo mondo risulta ricco di possibilità, come scrive lo stesso Vitaliano nell’ultima didascalia della quarta pagina della storia:

Giacché il mondo qua(ck)ntistico è il posto dove tutto è possibile! Soprattutto l’improbabile!

In un certo senso la frase qui sopra, oltre a sintetizzare perfettamente lo spirito dei libri di Douglas Adams, mette in evidenza esattamente ciò che non andava a genio ad Albert Einstein della meccanica quantistica, che aveva peraltro contribuito a fondare. Il modello matematico sviluppato da valenti fisici teorici come Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Niels Bohr e altri che sarebbe troppo lungo da ricordare, mostrava un comportamento probabilistico, come rilevato da Heisenberg e Bohr. Dall’altro lato erano invece Einstein, lo stesso Schrödinger, che però riteneva la realtà quantistica delocalizzata, e per un certo tempo Louis de Broglie. In particolare Einstein mosse due critiche forti alla meccanica quantistica, ed entrambe portarono a nuovi sviluppi proprio all’interno di quell’interpretazione del modello che Einstein poco amava.
La prima obiezione è contenuta in un famoso articolo scritto con Boris Podolsky e Nathan Rosen, Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?.

Einstein e i suoi colleghi immaginavano una situazione di questo genere: costruiamo un sistema fisico costituito da due particelle. Facciamo in modo che lo spin (2) globale del sistema sia nullo. Poi allontaniamo le due particelle. Secondo la meccanica quantistica, se misurando lo spin della particella a trovo il valore su, allora automaticamente il valore dello spin della particella b sarà giù, violando così sia il principio di causalità sia il limite della velocità della luce (3) .
Queste due violazioni non erano molto gradite da Einstein e indicavano, nella sua ottica, un’incompletezza nella teoria che doveva in qualche modo essere corretta. Il vero problema, almeno per Einstein e soprattutto i fisici che, come David Bohm, proposero modelli alternativi alla meccanica quantistica, fu la scoperta sperimentale dell’entanglement, ovvero il fenomeno descritto proprio da Einstein, Podolski e Rosen!
D’altra parte il modo più semplice per capire che tali violazioni sono apparenti è abbandonare l’immagine delle particelle entangled (o intrecciate) come due entità separate e quindi descritte da due funzioni distinte, e intenderle invece come un unico oggetto che va descritto con un’unica funzione. In un certo senso l’entanglement recupera in qualche modo quel determinismo che si perde quando si studia la particella presa singolarmente, questo perché l’evoluzione della particella entangled che va a sinistra è esattamente opposta all’evoluzione della particella entangled che va nella direzione opposta.
Questo, però, non vuol dire che sarà possibile dipingere un quadro a distanza sfruttando l’entanglement!

Lo sguardo di un topo

La seconda obiezione, che giunge sul finire della vita di Einstein, non ha portato ancora a un vero e proprio sviluppo sperimentale, ma è stata di ispirazione per un nuovo sviluppo teorico, quello dei molti mondi:

E’ difficile credere che questa descrizione sia completa. Sembra rendere il mondo nebuloso a meno che qualcuno, un topo ad esempio, non lo stia guardando. E’ credibile che lo sguardo di un topo possa cambiare considerevolmente l’universo.

Tale commento colpì così tanto l’allora studente di dottorato Hugh Everett, che propose un’interpretazione della meccanica quantistica che implicava l’esistenza di molti mondi probabilistici, tutti in qualche modo variazioni di un dato mondo. Ed è proprio da un altro mondo possibile che arriva il buon Dinamite Blu!
L’obiezione di Einstein, però, viene da un’osservazione particolare: misurare a livello quantistico una data grandezza fisica ne influenza il valore. Detto in altri termini: eseguire una misura su un sistema fisico lo perturba.
Tale conclusione è stata tratta a partire dei risultati dell’esperimento della doppia fenditura. Prepariamo una parete completamente liscia con due fenditure molto strette, delle dimensioni di un elettrone. Superata la parete con le due fenditure, gli elettroni colpiranno una seconda parete dove una serie di strumenti indicheranno il punto in cui l’elettrone ha colpito questa seconda parete. Se eseguiamo l’esperimento mandando un fascio di elettroni, la figura che otterremo sulla seconda parete sarà la stessa che si otterrebbe se mandassimo delle onde contro la prima parete (qualcosa di simile all’ombra di una veneziana abbassata in una giornata di sole). Se invece chiudiamo una delle due fenditure e mandiamo un elettrone alla volta, otterremo una serie di punti sparpagliati compatibili con delle palline. L’effetto strano, però, è quando mandiamo gli elettroni uno alla volta ma con entrambe le fenditure aperte: in questo caso la figura che otteniamo alla fine dell’esperimento è una figura di interferenza, ovvero qualcosa di simile all’ombra della veneziana del primo caso.
La prima conclusione che si può trarre è che le condizioni sperimentali influenzano il risultato dell’esperimento. D’altra parte se immaginiamo ciascun elettrone come un’onda (o anche come un’entità non locale diffusa nello spazio) è possibile spiegare i risultati di tutti e tre gli esperimenti di cui sopra senza dover necessariamente concludere che lo sguardo di un topo possa cambiare considerevolmente l’universo.


Note:
  1. D’altra parte con un sommario di sei storie lo spazio a disposizione è poco… 

  2. Possiamo descrivere lo spin come il vettore direzione dell’oscillazione. In particolare una particella come l’elettrone può avere solo due possibili valori di spin, uno positivo, o spin su, che potremmo interpretare come un’oscillazione dal basso verso l’alto, e uno negativo, o spin giù, che potremmo interpretare come un’oscillazione dall’alto verso il basso. Ovviamente non è esattamente così, ma per l’intento di questo articolo è più che sufficiente per non perdersi eccessivamente. 

  3. Tale interpretazione dei risultati è figlia diretta dell’idea, peraltro sperimentalmente verificata, che il processo di misura influenza il risultato della misura stessa.