La Meccanica Quantistica deve essere per forza bizzarra?

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Oscar Chinellato
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La Meccanica Quantistica deve essere per forza bizzarra?

Messaggio da Oscar Chinellato » 7 nov 2016, 21:51

Una storiella di gatti
Una vecchina abita una casa su un viottolo di campagna e possiede due gatti gemelli che, come spesso accade ai gatti adulti, non si allontanano mai dal viottolo, ma non amano andare assieme.
Prima di uscire di casa, a seconda dell'estro e in modo del tutto casuale, uno dei gatti immerge per primo il muso nella ciottola del latte e l'altro inevitabilmente si rassegna a mangiare alcuni croccantini che gli lasciano tracce rosse sui baffi. Alice, una bambina che abita in una casa verso est, ha visto passare un gatto con i baffi sporchi di latte. Come saranno i baffi del gatto visto da Bob, un bambino che abita in una casa a ovest? Nessun mistero per come siamo abituati a vedere il mondo e nessun mistero per la fisica classica: saranno rossi.
E se invece dei gatti avessimo elettroni o atomi? Per la meccanica classica le particelle si comportano come i gatti. Se due atomi hanno qualche caratteristica opposta, semplicemente la mantengono. Ma per le più note interpretazioni della MQ bisogna che il gatto con baffi bianchi (particella con spin su) comunichi istantaneamente all'altro di far divenire i suoi baffi rossi (particella con spin giù) proprio nel momento in cui Alice lo vede.
Ma è proprio necessario ipotizzare questo bizzarro comportamento e l’inquietante azione a distanza? La MQ può risultare molto meno misteriosa eseguendo un confronto con la fisica classica quando, oltre ai corpi singoli, si considera anche il comportamento di insiemi di particelle.

La Fisica Classica studia il moto dei corpi e i campi
Si impiegano teorie basate sulle leggi di conservazione dell'energia e dei momenti. Es. Lagrangiana, equazioni di Maxwell ecc.
Le variabili sono locali e deterministiche. Ad esempio la posizione x è rappresentata da un singolo numero.

La Fisica Classica studia anche il comportamento collettivo di insiemi di elementi
In questo caso possiamo ritenere le teorie che risultano come emergenti, cioè non ricavabili (in pratica) dalle leggi che governano il moto dei singoli componenti, ma emergono come proprietà autonome del sistema. Esempi: a) Moto dei fluidi ( Equazioni Navier-Stocks); b) Termodinamica (Primo principio, secondo principio, entropia)
Le variabili sono statistiche e non locali. In questo caso un numero rappresenta una probabilità. Un esempio di tali variabili per i fluidi sono la velocità media e la densità; in termodinamica si hanno invece: temperatura, pressione e entropia. Si può constatare, ad esempio, che non ha senso parlare di densità o di pressione riferendosi ad una singola particella.

La Meccanica Quantistica studia il Moto dei corpi elementari e i campi.
La teoria si basa sulla funzione d’onda di Schroedinger o sulle matrici di Heisemberg che, grosso modo, sono equivalenti.
Le variabili hanno carattere statistico e non locale. Ad esempio per la posizione, il numero derivante dalle formule rappresenta solo la probabilità di trovare una particella in una certa zona.
Si possono considerare due punti di vista per spiegare la MQ


1° punto di vista
La MQ è fondamentale e completa. Sotto non c'è niente.
Ci sono proprietà particolari esistenti solo nella MQ:
- dualismo onda-particella e decoerenza
- sovrapposizione stati (gatto Schroedinger)
- entanglement quantistico (azione a distanza)
- non esistenza delle traiettorie
Prove. La MQ verifica le disuguaglianze di Bell, quindi non esistono variabili nascoste cioè non esiste una realtà sottostante alla MQ. Per le particelle viene escluso il comportamento classico proprio a livello fondamentale.

2° punto di vista La QM è una teoria emergente da realtà sottostanti. Le proprietà classiche valgono anche per la MQ.
Le variabili della QM hanno carattere statistico e non locale perché sono emergenti da una realtà sottostante che obbedisce a regole valide per scale inferiori
Indizi
- L’equazione di Schroedinger si può ricavare con un modello classico stocastico (1)
- Problema di contestualità in Bell (2)
- Esistenza di entanglement classico (3)
- Rilevazione debole e ricostruzione delle traiettorie (4)

1) Equazione di Schroedinger come teoria emergente.
La teoria quantistica dei campi (QFT) che è uno sviluppo da tutti accettato della MQ afferma che allo zero assoluto il campo elettromagnetico possiede ancora energia (campo di punto zero - Zero Point Field ZPF) e può generare o annichilire particelle. Facendo alcune ragionevoli ipotesi sulle proprietà dello ZPF è possibile ricavare l'equazione di Schroedinger con procedimenti statistici che si basano solo sulla fisica classica. Vedi ad es. Stochastic Differential Equation (De la Pena, Cetto)

2) Problema della contestualità in Bell.
I rilevatori impiegati nelle esperienze per dimostrare le diseguaglianze di Bell sono separati e quindi il settaggio iniziale è necessariamente diverso. Ne consegue che i risultati non possono essere confrontati pensando che appartengano allo stesso universo statistico. Quindi il calcolo della disuguaglianza non dà indicazioni decisive sull'esistenza delle variabili nascoste o sulle loro caratteristiche. Vedi Th. M. Nieuwenhuizen

3) Entanglement classico.
Cosa accade applicando le leggi di Fresnell dell'ottica classica e le equazioni di Maxwell ad un raggio di luce che attraversa uno specchio semi riflettente che lascia passare il 50℅ della luce e riflette l'altro 50℅? Con un po' di matematica la soluzione è ottenibile. La sorpresa sta nel constatare che le rilevazioni delle polarizzazioni sono correlate come nella MQ; in pratica i raggi di luce sono entangled e verificano la diseguaglianza di Bell pur essendo stati trattati in modo interamente classico. Ciò può solo significare che i raggi erano correlati già dal momento in cui sono sati prodotti. (V. Xiao-Feng qian).

4) Rilevazione debole (Weak measurements)
Con la strumentazione moderna molto sensibile si può misurare il momento di una particella senza modificarne in modo distruttivo la posizione. Eseguendo molte misurazioni in posizioni diverse è possibile ricostruire la traiettoria media delle particelle. Ad esempio nell'esperienza della doppia fenditura si deduce che la particella passa intera da una sola fenditura. Per inciso, la sua traiettoria è in accordo con la teoria dell'onda pilota di Bohm. (V. S. Koksis)

Conclusione
Le prove che la MQ sia l’unico punto di partenza della fisica e che di più fondamentale non ci sia nulla sta solo in un teorema che afferma l’impossibilità di andare oltre (disequazioni di Bell), ma questo teorema e le sue conseguenze presentano delle serie difficoltà (V. sopra)

Visto che alla fine si resta sempre a livello di interpretazioni, perché accettare posizioni per cui non si può andare oltre la MQ anche se stridono con il mondo che noi conosciamo? Perché non lasciamo la porta aperta ad altre possibilità come quelle indicate dagli indizi che la QM sia una teoria emergente? Vedasi ad esempio i convegni EmQm13 e EmQm15 di Vienna
Considerare la MQ come teoria emergente toglierebbe molti argomenti ai cultori delle pseudo scienze che prendendo a pretesto l’entanglement quantistico o l’azione a distanza parlano di anima cosmica, coscienza universale, spirito immanente ecc.

Oscar

Oscar Chinellato
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Re: La Meccanica Quantistica deve essere per forza bizzarra?

Messaggio da Oscar Chinellato » 18 mar 2017, 22:54

Un altro elemento che mette in crisi l’interpretazione più nota della MQ è quello basato sulle goccioline rimbalzanti ( bouncing droplet )
In un liquido posto in vibrazione si formano delle goccioline sferiche che camminano sulla superficie del fluido. Il moto di queste goccioline, pur appartenendo interamente alla fisica classica ha strette analogie con il moto delle particelle descritto della MQ. Le goccioline presentano diffrazione, effetto tunnel, orbite quantizzate ecc. Ciò dimostra che queste proprietà possono emergere da organizzazioni sottostanti di atomi o molecole e che non sono esclusive della MQ. (Yves Couder, 2005)
Ad esempio La MQ prevede e calcola benissimo l'effetto tunnel, cosa che l'elettromagnetismo classico non fa. Però anche le goccioline rimbalzanti presentano l'effetto tunnel, quindi l’effetto tunnel non conferma l’interpretazione che prevede l'azione a distanza e la non causalità perché può derivare anche da un contesto interamente classico.
Stesso discorso si può fare per il comportamento delle goccioline nella doppia fenditura o nelle orbite quantizzate.

drago
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Re: La Meccanica Quantistica deve essere per forza bizzarra?

Messaggio da drago » 19 mar 2017, 16:31

Premetto e ribadisco che questo forum è stato ideato per discutere di fisica a livello liceale e non per discutere la validità di teorie.
Comunque mi manderesti in privato i riferimenti agli articoli che citi perchè non riesco a trovare in rete alcun riferimento e alcuni non mi tornano affatto perchè per esempio quello sulla rivelazione debole mi sembra abbastanaza falso dato che l'onda pilota di Bohm ha come ipotesi fondamentale che si lavori in due dimensioni.
comunque ribadisco che questo forum non è adatto a questo tipo di argomenti

Oscar Chinellato
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Re: La Meccanica Quantistica deve essere per forza bizzarra?

Messaggio da Oscar Chinellato » 24 mar 2017, 22:09

Mi è venuto in mente di scrivere qualcosa leggendo sul n. ro 579 (nov 2016) di “Le Scienze” un editoriale di E. Boncinelli. L’autore non è un fisico, per questo il suo “sentire” sulle questioni di fisica è ancora più importante in ambito educativo.
Dopo essersi giustamente scagliato contro ogni forma di finalismo biologico egli afferma: “… buona parte della fisica atomica e subatomica opera indipendentemente da un’ipotesi di causalità. E anche di determinismo, per non parlare di questioni di individualità e riconoscibilità…”.

Ci siamo intesi con Drago, egli chiedeva in sostanza: “Ma la MQ non è troppo difficile per i giovanissimi?”
Se desideriamo affrontare la MQ con strumenti matematici appropriati sicuramente siamo fuori della portata degli studenti e purtroppo per la MQ non ci sono modelli semplificati. Forse perché gli studiosi hanno ancora le idee confuse sui fondamenti. Però, a mio avviso, è alla portata di ogni studente delle scuole medie superiori, senza entrare nei meandri della matematica, dubitare della interpretazione corrente (V. Boncinelli) e fare un raffronto con altre visioni che, oltre a non essere in contraddizione con il mondo che conosciamo, possono confidare su alcuni comprensibili fenomeni come indizio di validità.

Nota. Una lista degli articoli da consultare potrebbe essere troppo tecnica, tra l’altro è tutto in inglese, ma qualcosa si può trovare in rete usando parole chiave dedotte dall’argomento proposto.

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