Il pazzo pazzo mondo della meccanica quantistica

Tanti stati. A complicare ulteriormente le cose, i fisici hanno introdotto il concetto di "funzione d'onda". Di cosa si tratta? Ogni sistema quantistico è descritto da una quantità matematica detta funzione d'onda, che ne regola l'evoluzione temporale. La posizione di una particella quantistica, per esempio, non si può esprimere in termini di una singola grandezza, ma solo in termini probabilistici, cioè per mezzo di equazioni che sanciscono la probabilità che la particella stessa si trovi in una determinata posizione. Ogni sistema quantistico si trova, normalmente, in una situazione di "sovrapposizione degli stati", in cui cioè, per tornare all'esempio della posizione, la nostra particella si trova contemporaneamente (ma con diverse probabilità!) in tutte le posizioni ammesse. (Credits: M J M via Compfight cc)

Guardare è toccare. È possibile, dunque, "bloccare" una particella quantistica in una determinata posizione, come avverrebbe con un qualsiasi oggetto macroscopico? Sì. Basta guardarla. Il processo di osservazione, infatti, provoca il cosiddetto "collasso della funzione d'onda". Tra tutti gli stati ammissibili, la particella ne sceglie uno e vi collassa, portando a zero la probabilità di trovarsi negli altri. (Credits: ZEISS Microscopy via Compfight cc)

Supergattini. Nel tentativo di chiarificare concetti così astrusi, il fisico Erwin Schroedinger, uno dei fondatori della meccanica quantistica, propose un ingegnoso esperimento mentale. Supponiamo di chiudere un gattino in una scatola contenente una fiala di veleno collegata a un dispositivo che misura le radiazioni emesse da un atomo di uranio. In particolare, quando l'atomo decade, la fialetta si rompe. Bene, finché non si osserva l'atomo, questo, in ottemperanza al principio di sovrapposizione, sarà contemporaneamente nello stato decaduto/non decaduto e, di conseguenza, il gatto sarà contemporaneamente vivo o morto. Nel momento in cui lo sperimentatore compie una misura sull'atomo, ne provoca il collasso della funzione d'onda, "uccidendo" o mantenendo in vita il gattino. (Credits: Wikimedia commons)

Indeterminazione. A differenza della fisica classica, in cui, per esempio, in ogni istante è possibile misurare posizione e velocità di un oggetto in movimento, nella meccanica quantistica le cose non funzionano così. Come postulato da Heisemberg, infatti, non è mai possibile conoscere con arbitaria precisione velocità e posizione di una particella quantistica. Anzi: conoscendo a perfezione una delle due grandezze, si perde qualsiasi informazione sull'altra. (Credits: Wikimedia commons)

Entanglement. È il meccanismo probabilmente più affascinante e controintuitivo dell'intera teoria quantistica. L'idea alla base è che due particelle quantistiche identiche sono intrinsecamente collegate tra loro, e sono descritte dalla stessa sovrapposizione di stati allo stesso istante. Se si esegue una misura sulla prima particella, provocandone il collasso della funzione d'onda, la seconda, anche se si trova molto lontano, "avverte" la misura e collassa istantaneamente anch'essa. Se siete perplessi, ripensate alle parole di Richard Feynman, premio Nobel per la fisica: "Penso di poter affermare che nessuno capisce la meccanica quantistica". Se lo dice lui, potete star sicuri. (Credits: Wikimedia commons)