Interpretazione della meccanica quantistica

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L'interpretazione della meccanica quantistica è il tentativo di definire un quadro di riferimento coerente sulle informazioni che la meccanica quantistica fornisce riguardo al mondo fisico elementare. Nonostante la meccanica quantistica sia stata estensivamente verificata sperimentalmente, alcun suoi aspetti lasciano spazio ad interpretazioni differenti.

Le diverse interpretazioni della meccanica quantistica si differenziano in vari punti, con la concezione indeterministica che appare più plausibile di quella deterministica quantunque il dibattito resti aperto. Anche i concetti di realtà, di virtualità, di commutabilità, di non località continuano a contrapporre tesi tra loro differenti e a volte inconciliabili.

L'argomento è, ad oggi, di interesse particolare soprattutto per i filosofi della fisica ma anche per la filosofia in generale, poiché sulle nuove frontiere della fisica si gioca anche il concetto stesso di ontologia, che si va sempre più configurando come una ontologia fisica. Ad ogni modo molti sono oggi sia i fisici che fanno della filosofia e sia i filosofi che si occupano di fisica e la includono nelle loro considerazioni. Ne è nato un forte interesse reciproco per le questioni onto-fisiche, che alimentano un dibattito vivissimo.

Contesto storicomodifica | modifica sorgente

La definizione operativa dei concetti tecnici utilizzati dai ricercatori nella fisica quantistica (come le funzioni d'onda e la meccanica matriciale) è progredita attraverso stadi intermedi.

Ad esempio, Erwin Schrödinger immaginò inizialmente che la funzione d'onda associata all'elettrone descrivesse la densità di carica di un oggetto spalmato su un ipotetico volume infinito di spazio. Max Born la interpretò invece come la distribuzione di probabilità della posizione dell'elettrone nello spazio. Si tratta di due differenti interpretazioni della funzione d'onda: in una è materiale, nell'altra è una densità di probabilità.

Albert Einstein fu poco propenso ad accettare alcune delle implicazioni della teoria, come l'indeterminazione quantistica e la sua non località. Le problematiche sollevate da Einstein assieme a Boris Podolsky e Nathan Rosen in quello che è passato alla storia come paradosso EPR aprirono un dibattito articolato sulle conseguenze e le interpretazioni della teoria che si protrasse per anni anche dopo la morte di Einstein. Uno dei contributi successivi a tale problematica fu, nel 1965, il teorema di Bell.

La maggior parte dei fisici non ritiene che la meccanica quantistica richieda un'interpretazione che non sia strumentalistasenza fonte. I fisici tendono infatti a ignorare le questioni non strumentali, come ad esempio le problematiche ontologiche, ritenendole irrilevanti per la fisicasenza fonte.

Questo concetto è spesso citato tramite la frase di David Mermin «zitto e calcola», in genere (forse erroneamente) attribuita direttamente a Richard Feynman[1]. Al di là dell'interpretazione strumentalista, l'interpretazione di Copenaghen è la più condivisa tra gli scienziati, seguita dalla interpretazione a molti mondi e dalla teoria delle storie quantistiche coerenti.

Ostacoli all'interpretazione direttamodifica | modifica sorgente

Le difficoltà di interpretazione riflettono una serie di punti riguardo alla descrizione tradizionale della meccanica quantistica, tra cui:

  1. la natura matematica astratta della descrizione della meccanica quantistica;
  2. l'esistenza di ciò che sembrano essere processi non deterministici e irreversibili che sembrano in contrasto con la natura lineare e reversibile dell'equazione fondamentale della meccanica quantistica;
  3. il fenomeno dell'entanglement quantistico e, in particolare, le correlazioni tra eventi remoti che non sono previste nella teoria classica;
  4. la complementarità delle possibili descrizioni della realtà.

In primo luogo, la struttura matematica della meccanica quantistica è basata su matematica piuttosto astratta, come spazi di Hilbert e operatori su di essi. Invece, nella meccanica classica e nell'elettromagnetismo le proprietà di un punto materiale o di un campo sono descritte da numeri reali o funzioni descritte su insiemi a due o tre dimensioni. Tali entità hanno un diretto significato spaziale e quindi sembra esservi una minore necessità di fornirne un'interpretazione.

Inoltre, il processo di misura svolge un ruolo apparentemente essenziale nella teoria, correlando i suoi elementi astratti, come la funzione d'onda, a valori definibili operativamente, come probabilità. La misura interagisce, in modalità particolari, con lo stato del sistema, come verificato nell'esperimento delle due fenditure.

Il formalismo matematico usato per descrivere l'evoluzione temporale di un sistema non relativistico offre due tipi di trasformazioni:

  1. trasformazioni reversibili descritte da operatori unitari sullo spazio degli stati. Queste trasformazioni sono determinate dalle soluzioni dell'equazione di Schrödinger;
  2. trasformazioni non reversibili e impredicibili descritte da operatori matematici più complessi (operazioni quantistiche). Esempi di tali trasformazioni sono quelle subite da un sistema in seguito ad una misura.

Una versione ridotta del problema dell'interpretazione della meccanica quantistica consiste nel fornire una sorta di quadro plausibile, solamente per il secondo tipo di trasformazione. Questo problema può essere affrontato mediante riduzioni puramente matematiche, ad esempio nell'interpretazione dei molti mondi e da quella delle storie quantistiche coerenti.

In aggiunta alla componente impredicibile ed irreversibile introdotta dai processi di misurazione, vi sono altri elementi della fisica quantistica che la distinguono nettamente dalla fisica classica e non possono essere rappresentati dai modelli di quest'ultima. Uno di questi è il fenomeno di entanglement quantistico, come evidenziato dal paradosso Einstein-Podolsky-Rosen.

Un altro ostacolo all'interpretazione diretta è il principio di complementarità che appare violare i principi di base della logica proposizionale. La complementarità stabilisce che non vi è alcuna descrizione logica (secondo la logica proposizionale classica) che può essere usata per illustrare simultaneamente tutte le proprietà di un sistema quantistico S. Questo concetto viene espresso anche affermando che vi sono insiemi complementari A e B di proposizioni che possono descrivere S, ma non contemporaneamente. Esempi di elementi di A e B possono essere proposizioni che coinvolgono rispettivamente una descrizione ondulatoria di S e una descrizione corpuscolare di S. Quest'ultima asserzione è parte dell'originaria formulazione della meccanica quantistica di Niels Bohr, che è spesso fatta coincidere con il principio di complementarità stesso.

In genere, non si attribuisce al principio di complementarità il significato del fallimento della logica classica, anche se Hilary Putnam ha assunto questa posizione nel suo articolo Is logic empirical? (dall'inglese: La logica è empirica?). Piuttosto, la complementarità indica che la composizione delle proprietà fisiche di S (come posizione e momento entrambi definiti in un certo intervallo) non obbedisce alle regole della logica, usando i connettivi proposizionali. Oggi è noto (Omnès, 1999) che l'origine della complementarità sta nella non commutatività degli operatori che descrivono le osservabili in meccanica quantistica.

Stato problematico delle interpretazionimodifica | modifica sorgente

Il preciso stato ontologico, per ciascuno dei quadri interpretativi, rimane materia di argomento filosofico.

In altre parole, se si interpreta una struttura formale X della meccanica quantistica mediante i significati di una struttura Y (tramite equivalenza matematica delle due), qual è lo stato di Y? In sostanza è una riproposizione dell'antico concetto di salvare i fenomeni.

Alcuni fisici, ad esempio Asher Peres e Chris Fuchs sostengono che un'interpretazione non è nulla di più di un'equivalenza tra insiemi di regole per operare sui dati sperimentali. Ciò suggerirebbe che l'intera opera di interpretazione non sia necessaria.

Interpretazione strumentalistamodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione strumentalista.

Ogni teoria scientifica moderna richiede almeno una descrizione strumentalista che ne correli il formalismo matematico alla pratica sperimentale e alle predizioni. Nel caso della meccanica quantistica, la descrizione strumentalista più comune è un'asserzione di regolarità statistica tra i processi di preparazione dello stato e i processi di misura. In sostanza, se una misura di una quantità rappresentata da un numero reale è eseguita più volte, ogni volta partendo dallo stesso stato iniziale, il risultato è una distribuzione di probabilità sui numeri reali; inoltre, la meccanica quantistica fornisce uno strumento computazionale per determinare le proprietà statistiche di questa distribuzione, ad esempio il suo valore atteso.

I calcoli che descrivono le misure eseguite su un sistema S postulano uno spazio di Hilbert H sui numeri complessi. Quando il sistema S è preparato in uno stato puro, è associato ad un vettore in H. Le quantità misurabili sono associate con operatori autoaggiunti (hermitiani) agenti su H: quest'ultime si definiscono osservabili.

Misure ripetute di un'osservabile A per S preparato ad uno stato ψ forniscono una distribuzione di valori. Il valore atteso della distribuzione è descritto dall'espressione:

 \langle \psi \vert A \vert \psi \rangle.

Questa struttura matematica fornisce un metodo semplice e diretto per computare una proprietà statistica del risultato di un esperimento, dal momento che è definita come l'associazione dello stato iniziale ad un vettore nello spazio di Hilbert e della quantità misurata ad un'osservabile (ovvero uno specifico operatore hermitiano).

Esempio di tale computazione: la probabilità di trovare il sistema in un dato stato \vert\phi\rangle è data dalla computazione del valore medio di un operatore di proiezione:

\Pi = \vert\phi\rangle \langle \phi \vert

La probabilità è quindi il valore reale non negativo dato da

P = \langle \psi \vert \Pi \vert \psi \rangle = \vert \langle \psi \vert \phi \rangle \vert ^2.

La mera descrizione strumentalista è talvolta definita, impropriamente, come un'interpretazione. Quest'accezione è però abbastanza fuorviante dal momento che lo strumentalismo evita esplicitamente ogni scopo interpretativo, ovvero non tenta di rispondere alla domanda su quale sia il significato della meccanica quantistica.

Proprietà delle interpretazionimodifica | modifica sorgente

Un'interpretazione può essere classificata sulla base di determinate proprietà che essa possiede o meno, tra cui:

Per illustrare queste proprietà, è necessario essere più espliciti riguardo al tipo di quadro che un'interpretazione fornisce. A questo fine, si tratterà un'interpretazione come una corrispondenza tra gli elementi di un formalismo matematico M e gli elementi di una struttura interpretativa I, dove:

  • Il formalismo matematico consiste nella struttura dei vettori ket nello spazio di Hilbert, operatori autoaggiunti agenti su di essi, dipendenza temporale dei vettori ket e operazioni di misura. In questo contesto, un'operazione di misura può essere trattata come una trasformazione che porta un vettore ket all'interno una distribuzione di probabilità sui vettori ket. La formalizzazione di questo concetto è definita operazione quantistica.
  • La struttura interpretativa include stati, transizioni di stato, operazioni di misura e eventuali informazioni riguardo all'estensione spaziale di tali elementi. Un'operazione di misura si riferisce ad un'operazione che ritorna un valore e che può causare una possibile variazione di stato. Le informazioni spaziali, ad esempio, potrebbero essere considerate come stati rappresentati da funzioni sullo spazio di configurazione. Le transizioni possono essere non deterministiche o probabilistiche o potrebbero esservi infiniti stati. Ad ogni modo, l'assunzione critica di un'interpretazione consiste nel trattare gli elementi di I come fisicamente reali.

In questo senso, un'interpretazione può essere considerata una semantica per il formalismo matematico.

In particolare, la mera visione strumentalista della meccanica quantistica descritta precedentemente non è un'interpretazione, dal momento che non fa affermazioni sulla realtà fisica.

Spesso, si riconduce l'origine dell'uso corrente in fisica di completezza e realismo all'articolo[2] che introdusse il paradosso Einstein-Podolsky-Rosen. In tale articolo, gli autori proposero i concetti elemento fisico di realtà e completezza di una teoria fisica. Nonostante non avessero definito l'elemento fisico di realtà, fornirono una caratterizzazione sufficiente di esso, cioè una quantità il cui valore può essere predetto con certezza prima di misurarlo o modificarlo in alcun modo. Einstein, Podolsky e Rosen definiscono una teoria fisica completa come una teoria in cui ogni elemento fisico di realtà è tenuto in considerazione da essa. Nella visione semantica dell'interpretazione, un'interpretazione di una teoria è completa se ogni elemento della struttura interpretativa è giustificato dal formalismo matematico. Il realismo è una proprietà di ciascuno degli elementi del formalismo matematico: ogni elemento è reale se corrisponde ad un'altra entità nella struttura interpretativa. Per esempio, in alcune interpretazioni della meccanica quantistica (come la interpretazione a molti mondi) il vettore ket associato allo stato del sistema corrisponde ad un elemento della realtà fisica, mentre in altre no.

Il determinismo è una proprietà che caratterizza le transizioni di stato in funzione del tempo, cioè quando lo stato ad un determinato istante futuro è espresso da funzione dello stato attuale. Può non essere chiaro se una particolare struttura interpretativa sia o meno deterministica, poiché non vi è una scelta univoca del parametro temporale. Inoltre, una data teoria può avere contemporaneamente interpretazioni deterministiche e non.

Il realismo locale consiste in due proprietà:

  • Il valore ritornato da una misura corrisponde ad un valore di una funzione sullo spazio degli stati, ovvero questo valore è un elemento fisico di realtà.
  • Gli effetti della misura hanno una velocità di propagazione che non supera una costante universale (come ad esempio la velocità della luce). Perché ciò abbia senso, le operazioni di misura, nella struttura interpretativa, devono essere spazialmente localizzate.

La precisa formulazione del realismo locale nei termini di una teoria della variabile nascosta locale è stata proposta da John Bell. Il teorema di Bell e la sua verifica sperimentale restinge i generi di proprietà che una teoria quantistica può avere. Per esempio implica che la meccanica quantistica non possa soddisfare il realismo locale.

Interpretazioni principalimodifica | modifica sorgente

Interpretazione statisticamodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione statistica.

L'interpretazione statistica è un'interpretazione che può essere definita minimalista, ovvero che fa uso del minimo numero di elementi da associare al formalismo matematico. In sostanza, è un'estensione dell'interpretazione statistica di Max Born. L'interpretazione afferma che la funzione d'onda non si applica ad un sistema individuale, ad esempio una singola particella, ma è un valore matematico astratto, di natura statistica, applicabile ad un insieme di sistemi o particelle. Probabilmente, il più importante sostenitore di questa interpretazione fu Albert Einstein:

« Il tentativo di concepire la descrizione quantistica teorica come la descrizione completa dei sistemi individuali porta a interpretazioni teoriche innaturali, che diventano immediatamente non necessarie se si accetta che l'interpretazione si riferisca ad insiemi di sistemi e non a sistemi individuali. »
(Albert Einstein da P. A. Schilpp. Albert Einstein: Philosopher-Scientist. New York, Harper & Row.)

Ad oggi, il più importante sostenitore dell'interpretazione statistica della meccanica quantistica è Leslie E. Ballentine, professore della Simon Fraser University e autore del libro di testo universitario Quantum Mechanics, a Modern Development.

Interpretazione di Copenaghenmodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione di Copenaghen.

L'"Interpretazione di Copenaghen" è l'interpretazione più condivisa della meccanica quantistica, formulata da Bohr e Heisenberg durante la loro collaborazione nella capitale danese nel 1927. Questi estesero l'interpretazione probabilistica della funzione d'onda proposta da Born, considerando senza significato domande sulla posizione della particella prima che essa venga misurata, in quanto il processo di misura estrae casualmente una tra le molte possibilità permesse dalla funzione d'onda che ne descrive lo stato quantico.

Coscienza causa del collassomodifica | modifica sorgente

La teoria speculativa secondo la quale la coscienza sarebbe all'origine del collasso della funzione d'onda è un tentativo di risolvere il paradosso dell'amico di Wigner semplicemente affermando che il collasso è causato dal primo osservatore cosciente del fenomeno. Questa idea è stata sviluppata nel 1932 da John von Neumann nel suo trattato The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics[3]. Altri fisici hanno elaborato le loro variazioni dell'interpretazione di von Neumann, tra cui:

  • Henry P. Stapp (Mindful Universe: Quantum Mechanics and the Participating Observer)
  • Bruce Rosenblum and Fred Kuttner (Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness)
  • Sébastien Fauvel (Quantum Ethics: A Spinozist Interpretation of Quantum Field Theory)[4]

I sostenitori di questa teoria sostengono che essa non sia semplicemente un nuovo dualismo, come era stata da taluni definita. In una derivata di questa interpretazione, ad esempio, la coscienza e gli oggetti sono in entanglement e non possono essere considerati distinti. La teoria può essere considerata come un'appendice speculativa alla maggior parte delle interpretazioni. Molti fisici la considerano non-scientifica, affermando che non sarebbe verificabile e che introdurrebbe nella fisica elementi non necessari, mentre i fautori della teoria replicano che la questione se la mente in fisica sia o meno necessaria rimane aperta.

Storie coerentimodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Teoria delle storie quantistiche consistenti.

La teoria delle storie quantistiche coerenti generalizza la convenzionale interpretazione di Copenaghen e tenta di fornire un'interpretazione naturale della cosmologia quantistica. La teoria è basata su un criterio di coerenza che permette quindi di descrivere un sistema in modo che le probabilità di ciascuna storia obbediscano al terzo assioma (di additività) del calcolo delle probabilità.

Secondo questa interpretazione, lo scopo di una teoria in meccanica quantistica è il predire le probabilità relative alle diverse storie.

Teoria oggettiva del collassomodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Teoria oggettiva del collasso.

Le teorie oggettive del collasso differiscono dall'interpretazione di Copenaghen nel considerare sia la funzione d'onda sia il processo del collasso come ontologicamente oggettivi. Nelle teorie oggettive, il collasso avviene casualmente (localizzazione spontanea) o quando vengono raggiunte alcune soglie fisiche, mentre gli osservatori non hanno un ruolo particolare. Sono quindi teorie realiste, non deterministiche e prive di variabili nascoste. Il procedimento del collasso non è normalmente specificato dalla meccanica quantistica, che necessiterebbe di essere estesa se questo approccio fosse corretto; l'entità oggettiva del collasso è quindi più una teoria che un'interpretazione.

Tra gli esempi di queste teorie vi sono la teoria Ghirardi-Rimini-Weber[5] e l'interpretazione di Penrose[6].

Interpretazione alla Berkeleymodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione alla Berkeley.

Berkeley aveva sostenuto secoli prima che la causa di tutte le nostre percezioni non fosse una realtà materiale esterna, ma una volontà o spirito, che egli identificava con il Dio cristiano; come il sogno è generato dalla nostra mente, l'universo è una sorta di sogno collettivo suscitato da Dio nelle nostre anime. Nell'interpretazione alla Berkeley la realtà fisica non è considerata come qualcosa di esistente oggettivamente in sé e per sé, ma solo come una teoria matematica esistente come concetto nella mente di Dio e proiettata da Dio nelle nostre menti attraverso le immagini sensoriali che percepiamo; dunque tanto la funzione d'onda quanto il suo collasso, sono reali solo in quanto rappresentano le modalità con cui Dio concepisce l'universo e suscita in noi le nostre impressioni sensoriali. Questa interpretazione fornisce quindi anche una spiegazione all'intima relazione esistente tra matematica e leggi fisiche, problema discusso nel celebre articolo di Wigner intitolato The Unreasonable Effectiveness of Mathematics in the Natural Sciences.

Interpretazione a molti mondimodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica.

L'interpretazione a molti mondi è un'interpretazione della meccanica quantistica che rifiuta l'irreversibile e non deterministico collasso della funzione d'onda associato all'operazione di misura nell'interpretazione di Copenaghen, in favore di una descrizione in termini di entanglement quantistico e di un'evoluzione reversibile degli stati. I fenomeni associati alla misura sono descritti dalla decoerenza quantistica che avviene quando gli stati interagiscono con l'ambiente. Ne consegue che le linee di universo degli oggetti macroscopici si separano ripetutamente in storie mutuamente non osservabili, ovvero universi distinti all'interno di un multiverso.

Decoerenza quantisticamodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Decoerenza quantistica.

La decoerenza quantistica si verifica quando un sistema interagisce con l'ambiente in cui si trova, o qualsiasi altro sistema complesso esterno, in un modo termodinamicamente irreversibile tale che i differenti elementi nella funzione d'onda di sistema e ambiente non possano più interferire tra loro.

La decoerenza non spiega il collasso della funzione d'onda, piuttosto spiega le evidenze del collasso. La natura quantistica del sistema è semplicemente dispersa nell'ambiente in modo che continui ad esistere una totale sovrapposizione della funzione d'onda, ma che rimanga al di là di ciò che è misurabile.

La decoerenza quindi, come interpretazione filosofica, equivale a qualcosa di simile alla interpretazione a molti mondi, ma possiede il vantaggio di essere supportata da un dettagliato e plausibile contesto matematico, sviluppato principalmente da Zeh. L'approccio è quindi uno dei più condivisi tra i fisici odierni.

Interpretazione a molte mentimodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione a molte menti.

L'interpretazione a molte menti della meccanica quantistica estende l'interpretazione a molti mondi, proponendo che la distinzione tra i mondi debba essere compiuta al livello della mente di un osservatore individuale.

Logica quantisticamodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Logica quantistica.

La logica quantistica può essere considerata come un tipo di logica proposizionale utilizzabile per la comprensione delle anomalie emergenti dalle misure in meccanica quantistica, in particolare quelle riguardanti la strutturazione delle operazioni di misura di variabili complementari. Quest'area di ricerca e il suo nome nacquero nell'articolo del 1936 di Birkhoff e von Neumann, che tentarono di riconciliare alcune delle apparenti discrepanze tra la logica booleana classica e misure ed osservazioni in meccanica quantistica.

Teorie delle variabili nascostemodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Teorie delle variabili nascoste, Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen e Teorema di Bell.

Le teorie delle variabili nascoste affermano che il carattere probabilistico della meccanica quantistica sia essenzialmente dovuto alla presenza di meccanismi fisici a noi non ancora noti. In altre parole, secondo queste teorie, la meccanica quantistica è una teoria fisica incompleta.
Le teorie a variabili locali nascoste risultano incompatibili con i risultati dei numerosi esperimenti sulle disuguaglianze di Bell appositamente effettuati, scaturendone che, anche nell'ipotesi di variabili nascoste, la meccanica quantistica conserverebbe il proprio carattere di non-località.

Interpretazione di Bohmmodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione di Bohm.

Nell'interpretazione di Bohm l'esistenza di una funzione d'onda universale e non locale permette a particelle lontane di interagire istantaneamente. L'interpretazione generalizza la teoria di de Broglie del 1927 che afferma che sia l'onda sia la particella sono reali. La funzione d'onda guida il moto della particella ed evolve in base all'equazione di Schrödinger. L'interpretazione assume un singolo universo, che non si dirama come nell'interpretazione a molti mondi, ed è deterministico, a differenza di quanto previsto dall'interpretazione di Copenaghen. L'interpretazione di Bohm asserisce che lo stato dell'universo evolve linearmente nel tempo, senza prevedere il collasso delle funzioni d'onda all'atto di una misurazione, previsto invece dall'interpretazione di Copenaghen. In questa interpretazione, si assume comunque l'esistenza di un certo numero di variabili nascoste, rappresentanti le posizioni di tutte le particelle nell'universo le quali, come le probabilità in altre interpretazioni, non possono mai essere misurate direttamente.

Interpretazione transazionalemodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Interpretazione transazionale.

L'interpretazione transazionale della meccanica quantistica (abbreviata TIQM dalla definizione inglese transactional interpretation of quantum mechanics) è stata formulata da John Cramer[7] è un'interpretazione piuttosto originale della meccanica quantistica che descrive le interazioni quantistiche in termini di onde stazionarie prodotte da onde ritardate e anticipate. L'autore sostiene che essa eviti i problemi filosofici e riguardo al ruolo dell'osservatore posti dall'interpretazione di Copenaghen, oltre a risolvere vari paradossi quantistici.

Meccanica quantistica relazionalemodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Meccanica quantistica relazionale.

L'idea alla base della meccanica quantistica relazionale, seguendo la linea tracciata dalla relatività ristretta, è che differenti osservatori potrebbero dare differenti descrizioni della stessa serie di eventi: ad esempio, ad un osservatore in un dato punto nel tempo, un sistema può apparire in un singolo autostato, la cui funzione d'onda è collassata, mentre per un altro osservatore, allo stesso tempo, il sistema potrebbe trovarsi in una sovrapposizione di due o più stati. Di conseguenza, se la meccanica quantistica deve essere una teoria completa, l'interpretazione relazionale sostiene che il concetto di stato non sia dato dal sistema osservato in sé, ma dalla relazione tra il sistema e il suo osservatore (o i suoi osservatori).

Il vettore di stato della meccanica quantistica convenzionale diventa quindi una descrizione della correlazione di alcuni gradi di libertà nell'osservatore rispetto al sistema osservato. Ad ogni modo, questa interpretazione sostiene che ciò vada applicato a tutti gli oggetti fisici, che siano o meno coscienti o macroscopici. Ogni evento di misura è definito semplicemente come una normale interazione fisica, ovvero l'instaurazione del tipo di relazione descritto prima. Il significato fisico della teoria non riguarda quindi gli oggetti in sé, ma le relazioni tra di essi.[8]

Interpretazioni modali della meccanica quantisticamodifica | modifica sorgente

L'originaria interpretazione modale della meccanica quantistica fu ideata nel 1972 da van Fraassen nella pubblicazione A formal approach to the philosophy of science (dall'inglese, Un approccio formale alla filosofia della scienza). Ad ogni modo questa definizione è oggi usata per descrivere un ampio insieme di modelli nati da questo approccio. La Stanford Encyclopedia of Philosophy[9] (Enciclopedia di filosofia della Stanford) ne descrive alcune versioni tra cui una variante dell'interpretazione di Copenaghen, le interpretazioni Kochen-Dieks-Healey e altre evoluzioni.

Misure incompletemodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Teoria delle misure incomplete.

La teoria delle misure incomplete (abbreviata TIM, dalla notazione inglese theory of incomplete measurements) ricava i principali postulati della meccanica quantistica da proprietà dei processi fisici che siano misurazioni accettabili.

In questa interpretazione:

  • È presente il collasso della funzione d'onda poiché si richiede alle misure di fornire risultati consistenti e ripetibili.
  • Le funzioni d'onda hanno valore complesso poiché rappresentato un campo di probabilità di tipo trovato/non trovato.
  • Le equazioni degli autovalori sono associate a valori simbolici delle misure, che spesso si definiscono nei numeri reali.

La teoria delle misure incomplete è più che una semplice interpretazione della meccanica quantistica, dal momento che in tale teoria sia la relatività generale sia i postulati della meccanica quantistica sono considerati come approssimazioni.

Confronto tra interpretazionimodifica | modifica sorgente

Le interpretazioni più comuni sono riassunte in questa tabella, si noti che i significati precisi di alcuni elementi di classificazione sono comunque oggetto di controversia.

Non vi sono prove sperimentali che privilegino l'una o l'altra interpretazione, dal momento che sono principalmente interpretazioni e non teorie. Ad ogni modo, vi è un'attiva ricerca per individuare elementi sperimentali che possano verificare le differenze tra le interpretazioni.

Interpretazione Deterministica Forma d'onda reale Storia singola Variabili nascoste Collasso Ruolo dell'osservatore
Interpretazione di Copenaghen
(Forma d'onda non reale)
No No No NA NA
Interpretazione statistica
(Forma d'onda non reale)
No No Agnostica No Nessuno
Interpretazione di Copenaghen
(Forma d'onda reale)
Teoria oggettiva del collasso
No No Nessuno
Storie consistenti
(Approccio decoerente)
Agnostica1 Agnostica1 No No No Interpretazionale2
Logica quantistica Agnostica Agnostica 3 No No Interpretazionale2
Molti mondi
(Approccio decoerente)
No No No Nessuno
Interpretazione a molte menti No No No Interpretazionale4
Interpretazione di Bohm
(Approccio onda-pilota)
Teorie delle variabili nascoste
5 6 No Nessuno
Interpretazione transazionale No No 7 Nessuno
Coscienza causa
del collasso
No No Causale
Meccanica quantistica
relazionale
No Agnostica8 No 9 Nessuno
Misure
incomplete
No No10 No 10 Interpretazionale2

1Se la funzione d'onda è reale, è analoga all'interpretazione a molti mondi. Se la funzione non è propriamente reale ma più che semplice informazione, è chiamata da Zurek interpretazione esistenziale.
2La meccanica quantistica è considerata come un modo per predire le osservazioni, o una teoria delle misure.
3La logica quantistica ha applicazione più limitata delle storie coerenti.
4Gli osservatori separano la funzione d'onda universale in insiemi ortogonali di esperienze.
5Sia le particelle che le funzioni d'onda pilota sono reali.
6Singole storie delle particelle, ma storie multiple delle onde.
7Il collasso del vettore di stato nell'interpretazione transazionale è interpretato come il completamento della transazione tra emittente e assorbente.
8Il confronto delle storie tra i sistemi non ha un significato ben definito in quest'interpretazione.
9Ogni interazione fisica è considerata come un evento di collasso relativo ai sistemi coinvolti, non solo a osservatori macroscopici o coscienti.
10La natura e il collasso della funzione d'onda sono derivati, non assiomatici.

Ogni interpretazione ha più varianti e, ad esempio, è difficile avere una precisa definizione dell'interpretazione di Copenaghen. Nella tabella, ne sono mostrate due varianti: una che tratta la forma d'onda come uno strumento per calcolare le probabilità, l'altro la tratta come un elemento fisico di realtà.

Notemodifica | modifica sorgente

  1. ^ (EN) Physics Today May 2004: Could Feynman Have Said This?
  2. ^ Einstein et al., 1935
  3. ^ * John von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, Princeton University Press, 1932. ISBN 0691028931.
  4. ^ Sébastien Fauvel, Quantum Ethics: A Spinozist Interpretation of Quantum Field Theory, 2013. URL consultato il febbraio 2013.
  5. ^ (EN) Frigg, R. GRW theory
  6. ^ (EN) Review of Penrose's Shadows of the Mind
  7. ^ (EN) John G. Cramer. Quantum Nonlocality and the Possibility of Superluminal Effects
  8. ^ (EN) Relational Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy).
  9. ^ (EN) Modal Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy)

Bibliografiamodifica | modifica sorgente

Trattatimodifica | modifica sorgente

  • (EN) Rudolf Carnap. The interpretation of physics, in Foundations of Logic and Mathematics, International Encyclopedia of Unified Science. Chicago, University of Chicago Press, 1939.
  • (EN) H. Reichenbach. Philosophic Foundations of Quantum Mechanics. Berkeley, University of California Press, 1944.
  • (EN) Karl Popper. Conjectures and Refutations. Routledge and Kegan Paul, 1963. (Il capitolo Three views Concerning Human Knowledge, tratta l'interpretazione strumentalista nelle scienze fisiche.)
  • (EN) M. Jammer. The Conceptual Development of Quantum Mechanics. New York, McGraw-Hill, 1966.
  • (EN) B. van Fraassen. A formal approach to the philosophy of science, in R. Colodny. Paradigms and Paradoxes: The Philosophical Challenge of the Quantum Domain. Pittsburgh, University of Pittsburgh Press, 1972. pp. 303–366.
  • (EN) M. Jammer. The Philosophy of Quantum Mechanics. New York, Wiley, 1974.
  • (EN) John A. Wheeler e Wojciech Hubert Zurek. Quantum Theory and Measurement. Princeton, Princeton University Press, 1983. ISBN 0-691-08316-9.
  • (EN) N. Herbert. Quantum Reality: Beyond the New Physics. New York, Doubleday, 1985. ISBN 0-385-23569-0
  • (EN) D. Deutsch. The Fabric of Reality. Allen Lane, 1997.
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Pubblicazionimodifica | modifica sorgente

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