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Il brillante errore di Einstein: gli stati correlati
Quando pensiamo a Einstein e alla fisica, probabilmente la prima cosa che ci viene in mente è E=mc^2. Ma uno dei suoi più grandi contributi in questo campo in realtà proviene da una strana postilla filosofica in un saggio del 1935 al quale collaborò, che si rivelò errato. Chad Orzel ci spiega il saggio EPR di Einstein e le deduzioni che vi si trovano riguardo lo strano fenomeno degli stati correlati.
Albert Einstein ebbe un ruolo chiave nel promuovere la meccanica quantistica
attraverso la teoria dell’effetto fotoelettrico
ma continuò a preoccuparsi per le sue implicazioni filosofiche.
E nonostante sia ricordato per aver ricavato E=MC^2,
il suo ultimo grande contributo alla fisica fu un saggio del 1935,
in collaborazione con i colleghi Boris Podolski e Nathan Rosen.
Considerato come un’insolita postilla filosofica fino agli anni ’80,
ora il saggio EPR è diventato fulcro di una reinterpretazione della quantistica,
grazie alla descrizione di uno strano fenomeno
conosciuto come stato di entanglement.
Il saggio inizia con l’analisi
di una fonte che emette coppie di particelle,
ognuna con due proprietà misurabili.
Entrambe le misurazioni hanno due risultati possibili
di eguale probabilità.
Diciamo zero o uno per la prima proprietà,
e A o B per la seconda.
Una volta effettuata la misurazione
le misurazioni successive
di quella proprietà nella stessa particella
daranno lo stesso risultato.
La strana implicazione di questo scenario
non è solo che lo stato di una singola particella
è indeterminato finché non viene misurato,
ma che la misurazione ne determini allora lo stato.
C’è di più: le misurazioni influiscono l’una sull’altra.
Misurando una particella che vi risulta nello stato 1
e proseguendo con il secondo tipo di misurazione
avrete il 50% di probabilità di ottenere A o B,
ma se ripetete la prima misurazione
avrete un 50% di possibilità di ottenere 0
anche se la particella era già stata misurata a 1.
Quindi il cambio di proprietà da misurare altera il risultato originale,
permettendo un nuovo valore casuale.
Le cose si fanno ancora più strane se esaminate entrambe le particelle.
Ognuna produce risultati casuali,
ma se le paragonate
scoprirete che sono sempre perfettamente correlate.
Ad esempio, se entrambe le particelle sono misurate a zero
ci sarà sempre una relazione tra loro.
I loro stati sono entangled.
Misurandone uno si saprà l’altro con certezza assoluta.
Ma l’entanglement contrasta la teoria della relatività di Einstein
poiché nulla limita la distanza tra particelle.
Se ne misurate una a New York alle 12,
e l’altra a San Francisco un nanosecondo più tardi,
daranno comunque lo stesso risultato.
Ma se è la misurazione a determinarne il valore,
ciò richiederebbe che una particella mandi una sorta di segnale all’altra
13 milioni di volte più veloce della luce,
che, secondo la relatività, è impossibile.
Per questo, Einstein considerava l’entanglement una “spuckafte ferwirklung”
cioè una azione spettrale a distanza.
Pensava che la quantistica dovesse essere incompleta,
un’approssimazione di una realtà più complessa
in cui entrambe le particelle
hanno stati predeterminati che non possiamo conoscere.
I sostenitori ortodossi della teoria quantistica
capitanati da Niels Bohr
affermavano che gli stati quantistici sono davvero sostanzialmente indeterminati
e che l’entanglement permette allo stato di una particella
di dipendere da quello della sua partner.
Per 30 anni la fisica restò in un’impasse,
fino a che John Bell capì che la chiave per provare le tesi dell’EPR
è esaminare i casi che coinvolgono diverse misurazioni nelle due particelle.
Le teorie delle variabili nascoste locali promosse da Einstein, Podolsky e Rosen,
limitavano strettamente quanto spesso si possono ottenere risultati come 1A o B0
dal momento che i risultati dovrebbero essere definiti in anticipo.
Bell dimostrò che il mero approccio quantistico,
in cui lo stato è davvero indeterminato finché non viene misurato,
ha molti limiti e predice risultati di misurazione misti
che sono impossibili nello scenario predeterminato.
Una volta che Bell sviluppò come testare le teorie EPR,
i fisici iniziarono a provarci.
A partire da John Clauster e Alain Aspect tra gli anni ’70 e ’80
dozzine di esperimenti hanno testato il pronostico dell’EPR
e tutte hanno provato la stessa cosa:
la meccanica quantistica è corretta.
Le correlazioni tra gli stati entangled indeterminati delle particelle sono reali
e non possono essere spiegate da nessuna variabile più complessa.
Il saggio EPR si rivelò errato ma in una maniera brillante.
Spingere i fisici a pensare a fondo ai fondamenti della fisica quantistica,
li portò a elaborazioni successive della teoria
e aiutò a promuovere ricerche in ambiti come l’informatica quantistica,
un campo in crescita, con il potenziale
di creare computer con potenze incomparabili.
Purtroppo la casualità dei risultati calcolati
impedisce scenari fantascientifici,
come l’utilizzo di particelle entangled
per mandare messaggi più veloci della luce.
Quindi la relatività è al sicuro, per ora.
Ma l’universo quantistico è più strano di quanto Einstein credesse.
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