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Dare "un'occhiata alle carte di
Dio" credo piacerebbe a tutti, anche per scopi più prosaici
di quelli che si proponeva Einstein (a cui si deve la citazione) e
di quelli che si propone Gian Carlo Ghirardi, ordinario di fisica
teorica all'Università di Trieste e una delle massime autorità
in tema di fondamenti della meccanica quantistica, oltre che attivo
ed efficace divulgatore.
Secondo Einstein, un'occhiata alle carte di Dio avrebbe potuto servire
a chiarire perché la meccanica quantistica, che funziona così
bene nello spiegare il funzionamento della natura a livello microscopico,
nella sua forma per così dire "tradizionale" poggi
su principi assai difficili da capire e da interpretare, per certi
versi addirittura assurdi e in netto contrasto con il funzionamento
della natura a livello macroscopico.
Einstein era convinto che nella formulazione tradizionale della meccanica
quantistica - quella nota come "interpretazione di Copenaghen"
e sviluppata soprattutto da Niels Bohr e Werner Heisenberg - ci doveva
essere qualcosa di profondamente sbagliato. Come Einstein la pensavano
parecchi fisici famosi, tra i quali perfino lo stesso co-fondatore
della meccanica quantistica, Erwin Schrödinger, ma anche filosofi
come Karl Popper: tutti assai critici, anche se i motivi di dissenso
non erano sempre gli stessi.
Le due grandi teorie della fisica moderna - la relatività e
la meccanica quantistica - sono piuttosto complesse e richiedono trattazioni
matematiche molto difficili. Ma, mentre i principi della relatività
sono in linea di massima comprensibili anche al profano e "divulgabili"
con relativa facilità, i principi della meccanica quantistica
appaiono incomprensibili, addirittura assurdi.
Difficile da capire è il cosiddetto "principio di sovrapposizione",
ovvero il fatto che un oggetto quantistico, per esempio un atomo,
si trovi sempre "in più di uno stato": solo quando
si va a osservarlo (a misurarlo) l'oggetto si stabilizza in uno solo
degli stati possibili. Riportato alla scala macroscopica, questo principio
conduce direttamente al famoso paradosso del "gatto di Schrödinger",
un gatto chiuso in una scatola che è contemporaneamente vivo
e morto: si saprà se è vivo o morto solo aprendo la
scatola (e tornerà vivo e morto quando la scatola viene richiusa).
Dato che anche un gatto è costituito da innumerevoli oggetti
quantistici, il paradosso sta in piedi perché non si riesce
a sapere quando avviene il passaggio dal microscopico al macroscopico.
Anzi, dato che la meccanica quantistica funziona così bene
a livello microscopico - il livello fondamentale -, si potrebbe addirittura
pensare che sia la meccanica classica a essere assurda.
Difficile da spiegare è anche il fatto - dimostrato sperimentalmente
- che gli oggetti quantistici (fotoni e particelle elementari) comunichino
tra loro istantaneamente, "sappiano" cioè in ogni
istante l'uno quello che sta facendo l'altro (dov'è, in che
stato si trova, ecc.).
Queste e altre caratteristiche della meccanica quantistica provocarono
accese discussioni che, dagli anni venti, si trascinano ancor oggi.
L'interpretazione di Copenaghen, grosso modo basata sul principio
di indeterminazione di Heisenberg (l'impossibilità di misurare
contemporaneamente con precisione coppie di grandezze collegate tra
loro, per esempio velocità e posizione) e sul principio di
complementarità di Bohr (ogni oggetto quantistico è
onda - non localizzata - e particella - localizzata), sembrava troppo
dogmatica e insoddisfacente. A questa interpretazione furono proposte
varie alternative (la più famosa è dovuta a David J.
Bohm), ma la versione "ortodossa" continua a esercitare
il suo predominio. Anzi, a partire dagli anni ottanta, quando si sono
potuti eseguire molti degli esperimenti ideali che erano stati proposti
per falsificarla, l'interpretazione di Copenaghen ha avuto soltanto
conferme: perfino il gatto di Schrödinger è risultato
(a scala microscopica, s'intende) davvero vivo e morto!
Questi risultati (ottenuti negli ultimi anni) non hanno però
risolto il problema e le discussioni si sono spostate sul "quando"
e sul "perché" avviene il passaggio tra microscopico
e macroscopico. Alcuni ricercatori sono riusciti a osservare il passaggio
progressivo dal comportamento quantistico al comportamento classico,
ma la questione è tutt'altro che chiusa. Una possibile spiegazione
è quella formulata già nel 1986 dallo stesso autore
di questo libro, assieme ai colleghi Alberto Rimini e Tullio Weber:
la teoria GRW. Secondo questa teoria, col passare del tempo, l'onda
che accompagna ogni particella si espande e può urtare "qualcosa"
che la fa localizzare; se per una particella singola questo evento
è molto improbabile, per un gatto la sua probabilità
è altissima. Un'altra tesi abbastanza affascinante è
quella della cosiddetta "decoerenza" che si basa sull'ipotesi
che l'ambiente distrugga la coerenza quantistica: il solito gatto,
costituito da un enorme numero di particelle, non può "di
per sé" essere coerente. Ma gli esperimenti e le discussioni
continuano.
Ghirardi si è assunto l'ingrato compito di spiegare in maniera
il più possibile semplice e piana la meccanica quantistica,
i suoi principi e la loro evoluzione, ma anche tutte queste strane
cose. Credo sia la prima volta che un autore italiano realizza un
testo così ricco su questo argomento, non una semplice esposizione
della teoria ma un'accurata analisi degli esperimenti e delle accese
discussioni scientifiche e filosofiche che ne sono seguite. Il libro
parte dalla nascita della teoria quantistica, di cui segue l'evolversi
e di cui esamina i punti principali, in particolare l'indeterminismo
e il principio di sovrapposizione. Segue un'indagine sull'interpretazione
della teoria sia da parte delle varie correnti filosofiche (idealismo,
realismo, ecc.), sia da parte dei protagonisti, a favore (Bohr, Heisenberg,
Born, Jordan, Pauli) e contro (de Broglie, Schrödinger, Einstein).
Dopo l'esposizione del dibattito tra Bohr e Einstein, Ghirardi passa
a esaminare i pro e i contro delle varie proposte di modifica dell'interpretazione
"ortodossa", nonché i nuovi dati sperimentali a cui
si è accennato più sopra.
Ogni argomento è discusso attraverso la descrizione di vari
esperimenti, descrizione arricchita da semplici schemi illustrativi
e in cui le sempre terribili formule sono ridotte davvero al minimo;
quando è proprio indispensabile, l'autore ricorre a qualche
appendice più tecnica.
Un'esposizione chiara e abbastanza semplice (naturalmente nei limiti
in cui può essere "semplice" parlare di meccanica
quantistica), ricca di dati e citazioni, ma anche di notizie e storielle
curiose. Insomma, non un libro di testo (anche se potrà essere
utilissimo agli studenti, e non solo di fisica, ma anche ai docenti):
un libro di alta divulgazione - inusuale nel panorama italiano - che
costituisce un buon esempio di quello che dovrebbe essere la "vera"
divulgazione e che è più che benvenuto in un periodo
in cui la pseudodivulgazione a scopo di lucro ingolfa edicole, librerie
e programmi televisivi, con l'unico risultato di far finalmente diventare
tutti analfabeti scientifici, magari di ritorno.
Naturalmente non è un testo che si legge d'un fiato. E certo
neppure elimina del tutto gli interrogativi che la meccanica quantistica
porta con sé e che la scienza moderna pone all'uomo, interrogativi
che, con molta probabilità, non sarà peraltro mai facile
eliminare del tutto perché - come ricorda Lewis Wolpert nel
suo La natura innaturale della scienza (Dedalo, 1996; cfr.
"L'Indice", 1996, n.6) - il ruolo della scienza "non
consiste semplicemente nello spiegare il 'non familiare' nei termini
di ciò che è familiare. Al contrario: "la scienza
spesso spiega il familiare nei termini del non familiare". |
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