Controcorrente scientifica – Velocità della luce ed Entanglement

Il Giornale OnlineUn altro paio di postulati apparentemente esatti su cui Einstein (insieme all'ambiente accademico) basò la sua cosmologia è il concetto di costante fisica inalterabile, che lui identificò con “c” la velocità della luce, il principio di uguaglianza tra massa gravitazionale ed inerziale ed il concetto di realtà. La velocità della luce, non solo è una costante fisica fondamentale ed immutabile dello spazio-tempo, ma rappresenta il limite fisico invalicabile per la trasmissione di un segnale e per la propagazione di una relazione causa-effetto (vedere descrizione del cono-di-luce).

Abituati ai film di fantascienza possiamo dire che fin qui non c'è nulla di strano del semplice senso comune, ma ragioniamo un attimo cosa succederebbe se un segnale potesse viaggiare a velocità superiore a quella della luce… Anzi per prenderla alla larga, se la velocità della luce stessa non fossa affatto una costante fisica, ma una variabile nel tempo…Anche qui oltre a cambiare completamente visione del mondo dovremmo far cadere quel castello di carta, che chiamiamo cosmologia contemporanea! L'entanglement è un fenomeno prettamente quantistico, che ha fatto passare notti insonni ad Einstein e compagnia: egli spese innumerevoli sforzi a cercare di demolire concettualmente il concetto di realtà della meccanica quantistica, ma essa è sopravvissuta fino ai nostri giorni alimentandosi dei successi sperimentali derivati dalle sue previsioni.

Erwin Schroedinger nel 1926 fu il primo ad ipotizzare uno strano comportamento d'inseparabilità: se due sistemi subiscono un'interazione mutua temporanea e successivamente vengono allontanati, non possono essere più descritti separatamente come prima dell'interazione, ma avranno un'unica rappresentazione (o funzione d'onda). Questo fenomeno venne proposto come paradosso in un articolo firmato Einstein, Podolsky e Rosen, detto paradosso EPR ed in questo articolo compare per la prima volta il termine “entanglement” (ovvero non-separabilità) per i due sistemi di Schroedinger. La definizione entangled è riferita a delle particelle quantistiche, che mostrano una mutua interazione “istantanea”, la quale prescinde dalla distanza delle particelle stesse. Einstein era convinto che ”Dio non giocava a dadi“ e quindi tentò in ogni modo di demolire questo chiaro paradosso sempre senza successo. Secondo lui non esistevano azioni a distanza, che potessero violare la Relatività Speciale, era quindi convinto che le particelle entangled possedessero delle variabili nascoste che rendevano apparente l'istantaneita' della loro mutua interazione; fatto che da solo bastava a rendere l'approccio quantistico incompleto.

Venne in aiuto di Einstein Erwin Bell che ideò la relazione in seguito definita disuguaglianza di Bell: A(not B) +B(not C)>=A(not C)

Questa disuguaglianza venne dimostrata matematicamente e rigorosamente da Bell; se un fenomeno fisico risponde a questa disuguaglianza allora si tratta di un sistema locale (causa-effetto); se viceversa questa relazione viene smentita sperimentalmente significa che il sistema in questione è “non-locale” e l'interazione che ne deriva risulta “a distanza”. I numerosi esperimenti che ne seguirono smentirono la disuguaglianza suddetta. Di tutti questi esperimenti ricordiamo quelli decisivi effettuati dal fisico Alain Aspect negli anni '80: essi mostrarono inconfutabilmente la non-località dell'azione a distanza dell'entanglement nella rappresentazione della meccanica quantistica. I fautori classici della relatività e del “realismo” in generale, idealizzano gli oggetti fisici aventi proprietà nascoste indipendenti dalle misure alle quali sono sottoposti. Nonostante il lavoro del Prof. Aspect per parecchio tempo si pensò che l'azione a distanza fosse generata da variabili nascoste insite direttamente entro le particelle e non più all'interno della teoria quantistica.

Per fugare ogni ulteriore dubbio nel 2003 venne in aiuto con il suo lavoro il fisico Anthony Leggett. La disuguaglianza di Leggett si basa su due numeri A e B che possono valere sia 1 sia -1 (ad esempio la polarizzazione dei fotoni) e vale: -1+|A+B|=AB=1-|A-B|

Anche questa disuguaglianza si è rivelata sperimentalmente falsa e questo fatto ha definitivamente demolito il concetto di realismo in fisica: le proprietà di un sistema acquistano significato fisico solo nel momento della misurazione e non prima. Ci tengo a raccontare un successo innegabile del fenomeno dell'entanglement: nel 1997 è stato utilizzato per “teletrasportare” un fotone da Vienna a Roma (Anton Zeilinger, Francesco De Martini et al).

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Immmagine – Anton Zeilinger ©SECOQC – Development of a Global Network for Secure Communication

Altro scenario a cui si lega il fenomeno dell'entanglement è la cosidetta informatica quantistica, che utilizza delle particelle dette “qubit”; esse posseggono solamente due stati fondamentali ( |0> ed |1> ) e una volta fatte interagire formano una entità indissolubile non-separabile detta “qubits”.
Qubit – From Wikipedia the free Encyclopedia
A quantum bit or qubit (pronounced ) is a unit of quantum information. It is the quantum analogue of the classical bit. It is described by a state vector in a two-level quantum-mechanical system, which is formally equivalent to a two-dimensional vector space over the complex numbers.
http://en.wikipedia.org/wiki/Qubit

Recenti esperimenti http://uanews.org/node/27826 effettuati da Poul Jessen dell'Universita' dell'Arizona hanno identificato delle segnature “caotiche” nei fenomeni quantistici ed in particolar modo in fotoni entangled: questi esperimenti (assieme ad altri) contribuiscono a gettare ulteriore benzina sul fuoco ed a sfumare sempre più la linea di demarcazione tra fenomeni quantistici (entaglement) e fenomeni classici (teoria del caos ed effetto farfalla).

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Immagine – rappresentazione di qubits entangled come unico sistema ad una unica rappresentazione (funzione d'onda).

In questi esperimenti è stato evidenziato che alcuni fotoni generati caoticamente si orientavano rapidamente in maniera entangled (e viceversa). Un risultato simile mostra un qualche legame tra la teoria del caos e l'entanglement e, sopratutto, crea delle piccole perturbazioni ai valori supposti “esatti” generati dai qubits utilizzati nell'informatica quantistica. Non entriamo troppo nel dettaglio delle possibili applicazioni tecnologiche (e delle rispettive limitazioni) dell'entanglement soffermiamoci solamente su alcuni esperimenti effettuati da Seth Lloyd del MIT. Quantum Information Science [PDF file, pages 82, English] http://web.mit.edu/2.111/www/notes09/spring.pdf

Egli ha ideato uno dispositivo di “crittografia quantistica” che effettua una “illuminazione entangled”: un fascio di fotoni entangled viene spedito su un oggetto e l'altro viene tenuto da parte; i fotoni incidenti sull'oggetto vengono riflessi (“scatterati”) e perdono il loro stato entangled tuttavia qualche informazione del fascio iniziale resta. Utilizzando l'altro fascio entangled non incidente come chiave di riferimento quantica si riesce a selezionare solo i fotoni riflessi che mantengono una certa segnatura di entanglement con il fascio di riferimento. Questa sorta di “filtro quantistico” produce delle immagini finali pressochè senza rumore.

Insomma il fenomeno dell'entanglement è tangibile e, almeno apparentemente rappresenta una violazione (non-locale) di uno dei capisaldi della Relatività Ristretta secondo cui nessun segnale può propagarsi a velocita' superiore di quella della luce… men che meno istantaneamente!!! Un salvagente alle assunzioni di Einstein potrebbe essere la presenza di ulteriori dimensioni spaziali entro le quali le particelle entangled possano comunicare localmente (vedi wormholes), ma una siffatta spiegazione appare come minimo una forzatura o come un nuovo modello epiciclico ideato con il solo fine di preservare lo status-quo di teoria affermata alla Relatività einsteiniana e non relegarla al ruolo di effimera “comparsa” nel grande scenario della storia della scienza.

Fonte: http://www.lswn.it/astronomia/articoli/velocita_della_luce_ed_entanglement

Controcorrente scientifica – Velocità della luce ed Entanglement ultima modifica: 2011-11-30T13:50:49+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)