Se si tiene conto dei risultati della fisica quantistica, quale struttura si può considerare come la vera arena dellâuniverso?
Davide Fiscaletti
La meccanica quantistica, in virtĂš di alcuni suoi aspetti che la fanno sembrare molto esotica e lontana dal senso comune (segnatamente la non localitĂ ) introduce scenari molto piĂš ampi di quelli offerti da ogni teoria fisica precedente. Ă allora naturale porsi il fondamentale interrogativo: se si tiene conto dei risultati della fisica quantistica, quale struttura si può considerare come la vera arena dellâuniverso?
In virtĂš del carattere non locale dei processi quantistici, è opportuno definire un background in grado di includere i fenomeni quantistici come abitanti naturali e trovare poi i livelli noti come casi limite. Tuttavia, nella maggior parte delle teorie del tutto finora elaborate (si pensi, in particolare, alla teoria delle stringhe), lo spazio-tempo ordinario non viene giustificato, ma è semplicemente âdatoâ, insieme alla materia e lâenergia. Per uscire dalla situazione di impasse in cui si trova la fisica attuale, a parere dellâautore, occorre postulare lâesistenza di una dimensione profonda nellâuniverso, di un livello profondo della realtĂ fisica il quale tenga conto della natura non locale dei fenomeni quantistici: è proprio questo livello fondamentale della realtĂ che deve essere considerato la vera arena che determina i fenomeni fisici che conosciamo.
Il potenziale quantico, lâordine implicito di Bohm e lâinterpretazione atemporale
Negli anni '50 David Bohm sviluppò unâinterpretazione alternativa della meccanica quantistica, nota anche come teoria dellâonda pilota, in grado di fornire una descrizione causale dei processi atomici e, quindi, di mettere in discussione lâimmagine soggettivistica della realtĂ quale emerge dallâinterpretazione standard. Partendo dallâipotesi che ciascun sistema fisico individuale sia composto da un corpuscolo e da unâonda che lo guida (idea che va anche sotto il nome di dualismo oggettivo onda-corpuscolo), Bohm mostrò che il movimento del corpuscolo sotto la guida dellâonda avviene in accordo a una legge che ha la forma della seconda legge di Newton della meccanica classica, con lâunica differenza che qui la particella è soggetta, oltre che ad una forza classica, anche a una forza quantistica, legata a una forma di energia chiamata potenziale quantico. Questa denominazione deriva dal fatto che nellâespressione del potenziale quantico è presente la costante di Planck (la costante fondamentale che caratterizza il mondo microscopico) e câè una dipendenza dalla funzione dâonda.
La caratteristica principale della teoria di Bohm, che consente di fornire una descrizione causale dei processi atomici, consiste appunto nel fatto che, qui, la funzione dâonda agisce proprio come unâonda pilota che guida la particella corrispondente, attraverso lâazione del potenziale quantico, nelle regioni dove lâonda è piĂš intensa. Il potenziale quantico non opera come i campi elettromagnetici classici ma agisce in maniera istantanea e solo come pura “forma”. La particella si comporta in pratica come una nave che arriva al porto grazie alla potenza dei suoi motori (vale a dire allâazione dei campi classici che conosciamo) ma sotto la guida di un radar (vale a dire il potenziale quantico) che le indica la strada da seguire. Nellâambito della teoria di Bohm, è proprio il potenziale quantico a determinare la non localitĂ dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella sul dove andare â come se dietro alla realtĂ fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che guida la particella e la unisce a tutte le altre particelle in unâunica simbiosi cosmica.
Tenendo conto dei risultati della teoria di Bohm, si arriva alla conclusione che lâordine cartesiano basato sulla divisione tra res extensa e res cogitans non può essere utilizzato per rendere conto della non localitĂ : quello che è richiesto è un ordine radicalmente nuovo. A questo proposito, giĂ nel 1960 Geoffrey Chew sottolineò che non câè alcuna necessitĂ di spiegare i processi quantistici sulla base della struttura spazio-temporale caratteristica della relativitĂ speciale. Infatti, se lo spazio-tempo viene assunto come entitĂ fondamentale, primaria, allora, ipso facto, la localitĂ dovrebbe avere una validitĂ assoluta. Invece, le particelle quantistiche manifestano correlazioni non locali. A partire dal 1980 Bohm suggerĂŹ che per spiegare il carattere non locale dei fenomeni quantistici è necessario introdurre lâidea che esistano diversi livelli della realtĂ . PiĂš precisamente, Bohm introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito (esplicate order) e ordine implicito (implicate order).
Secondo Bohm è possibile individuare nella meccanica quantistica due diversi livelli di descrizione della realtĂ : lâinterpretazione standard e il suo formalismo ci permettono di rendere conto del foreground, dellâordine esplicito del mondo macroscopico cosĂŹ come ci appare dalle nostre misure, e che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie Quello che avviene nellâordine esplicito rappresenta tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello del background e dellâordine implicito, caratterizzato da non localitĂ e non separabilitĂ . Bohm suggerisce quindi che nellâindagine della realtĂ fisica bisogna distinguere tra gli aspetti “avviluppati”, legati al livello nascosto e quelli “dischiusi”, che si manifestano come proiezioni del livello fondamentale. In base alle idee di Bohm, se le particelle subatomiche ci appaiono separate è perchĂŠ siamo capaci di vedere solo una porzione della realtĂ (cioè il foreground o ordine esplicito); a un livello piĂš profondo esse non risultano “parti” separate bensĂŹ sfaccettature di unâunitĂ piĂš profonda e basilare. A questo livello piĂš profondo e fondamentale (che è appunto il background o ordine implicito), tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate in una sorta di interezza continua.
Si è insomma condotti â usando parole dello stesso Bohm â âa una nuova concezione di totalitĂ indivisa che nega lâidea classica della possibilitĂ di analizzare il mondo in parti esistenti in maniera separata e indipendente: la realtĂ fondamentale è lâinseparabile connessione quantistica di tutto lâuniverso e le parti che hanno un comportamento relativamente indipendente sono solo forme particolari e contingenti dentro questo tuttoâ. Ora, a parere dellâautore, lâinterpretazione piĂš naturale della non localitĂ quantistica è quella secondo cui lâarena dellâuniverso, e quindi il background, lâordine implicito bohmiano, abbia una natura atemporale. Lâidea di uno spazio fisico atemporale, di un campo profondo atemporale in cui il tempo esiste solo come ordine numerico del movimento della materia ci permette di spiegare perchĂŠ e in che senso, in un esperimento di tipo EPR (paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen), due particelle provenienti dalla stessa sorgente e che poi si allontanano, rimangono unite da un misterioso legame; perchĂŠ e in che senso se noi interveniamo su una delle due anche lâaltra ne risente istantaneamente a prescindere dalla distanza che câè tra di esse. La connessione istantanea tra due particelle quantistiche A e B anche quando sono a grande distanza può essere vista come un effetto dello spazio atemporale. Lâinformazione non viaggia tra la particella A e la particella B, lâinformazione tra la particella A e la particella B non ha velocitĂ : lo spazio atemporale informa la particella A riguardo al comportamento della particella B e viceversa. In altri termini, si può dire che in un esperimento di tipo EPR lo spazio è un mezzo immediato di informazione tra particelle elementari. Il comportamento di una particella è influenzato istantaneamente dallâaltra particella grazie allo spazio che funge da mezzo immediato di informazione.
Questa interpretazione atemporale della connessione tra particelle quantistiche appare del tutto coerente alla luce dellâespressione del potenziale quantico bohmiano. Il potenziale quantico contiene in modo implicito lâidea dello spazio come mezzo immediato di comunicazione tra le particelle: lâazione del potenziale quantico è infatti di âtipo spazioâ e questo vuol dire appunto che lo spazio assume un ruolo cruciale nel determinare il comportamento delle particelle subatomiche. Ne deriva in questo modo che lâordine implicito di Bohm può essere assimilato allâidea dello spazio come mezzo immediato di informazione (e in cui il tempo esiste solo come ordine numerico del movimento) nella forma dello stato speciale rappresentato dal potenziale quantico. In altre parole, è lecito pensare che, al livello fondamentale, sia uno spazio atemporale a trasmettere lâinformazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande distanza, a farle comunicare istantaneamente. Quando si prende in considerazione un processo subatomico (come per esempio il caso di un esperimento di tipo EPR) lo spazio atemporale assume lo stato speciale rappresentato dal potenziale quantico e questo determina una comunicazione istantanea tra le particelle in esame. In questo quadro, lo spazio-tempo relativistico può essere visto come una struttura che emerge da questa arena fondamentale di natura atemporale.
Il campo profondo dellâuniverso e⌠lo spazio atemporale ondulatorio
Sulla scorta dellâordine implicito bohmiano, per spiegare la non localitĂ dei quanti, nonchĂŠ altri fenomeni significativi ad essa correlati quali la coerenza del cosmo, la connessione istantanea tra organismi e ambienti, le interazioni nel campo della natura e della mente, si sono sviluppate svariate ricerche. Si pensi, per esempio, allâidea del Campo del Punto Zero di Lynn McTaggart, alla sintropia di Fantappiè, alla Matrix Divina di Braden, al campo akashiko di Laszlo, solo per citarne alcune. Tutte queste ricerche, di fatto, si basano sullâassunzione che nellâuniverso esiste un campo fondamentale di informazioni, un campo unificato che connette tutte le cose. In linea con queste visioni e seguendo la filosofia che sta alla base della gravitĂ quantistica a loop (teoria che si propone di unificare meccanica quantistica e relativitĂ generale e che comporta che lo spazio non è indefinitamente divisibile ma che ha una struttura granulare alla scala di Planck, che è dellâordine di 10 alla meno 35 metri), lâautore di queste articolo ha sviluppato una teoria la quale prevede che il campo fondamentale della natura è uno spazio atemporale ondulatorio i cui costituenti elementari sono quanti di spazio aventi grandezza dellâordine della lunghezza di Planck e che tutti i campi fisici noti sono degli stati speciali di questo spazio atemporale.
In base al modello sviluppato dallâautore, lo spazio atemporale ondulatorio contiene alcune informazioni fondamentali che determinano il comportamento delle varie entitĂ presenti nellâuniverso: la densitĂ dello spazio cosmico (grandezza legata alla quantitĂ di materia presente nella regione in esame), la funzione dâonda dello spazio, la frequenza di vibrazione di ciascun quanto di spazio e valori quantistici di rotazione-orientazione di ciascun quanto di spazio. La massa, la funzione dâonda standard, lo spin e lâenergia delle particelle subatomiche derivano rispettivamente da opportuni valori della densitĂ dello spazio, della funzione dâonda dello spazio, della rotazione-orientazione e delle frequenze di vibrazione di opportuni quanti di spazio. Lâarena dellâuniverso costituita dallo spazio atemporale ondulatorio fornisce unâinterpretazione atemporale dellâuniverso, in cui il tempo esiste solo come moto irreversibile della materia: essa prevede che quando la velocitĂ e il numero quantico della rotazione-orientazione sono uguali a zero (condizioni che implicano assenza di movimento materiale), la funzione dâonda dello spazio risulta indipendente dal tempo. Sulla base del modello matematico dello spazio atemporale ondulatorio, il comportamento delle particelle subatomiche come lo conosciamo dalla teoria quantistica standard può essere considerato la conseguenza di equazioni generali per unâopportuna densitĂ dello spazio cosmico (le quali assomigliano molto in forma a delle note equazioni della meccanica quantistica):
lâequazione di SchrĂśdinger generalizzata per la densitĂ dello spazio cosmico nel dominio non-relativistico; lâequazione di Klein-Gordon generalizzata per la densitĂ dello spazio cosmico nel dominio relativistico nel caso in cui il numero quantico della rotazione-orientazione corrisponde allâapparizione di un bosone; le equazioni di Fiscaletti-Dirac (rispettivamente, senza interazione elettromagnetica e con interazione elettromagnetica) nel dominio relativistico nel caso in cui il numero quantico della rotazione-orientazione corrisponde allâapparizione di un fermione. Le equazioni della meccanica quantistica standard di SchrĂśdinger, di Klein-Gordon e di Dirac rappresentano soltanto casi speciali delle equazioni generalizzate di SchrĂśdinger, di Klein-Gordon e di Fiscaletti-Dirac per la densitĂ dello spazio cosmico, che possono quindi essere viste come i veri fondamenti della teoria quantistica ciascuna nel suo rispettivo dominio, la vera base da cui derivano i risultati della fisica quantistica. In altre parole, questo significa che è proprio lo spazio atemporale ondulatorio lâarena fondamentale dellâuniverso â il teatro legato ai processi della meccanica quantistica, in particolare alla non localitĂ â e che la struttura spazio-temporale caratteristica della relativitĂ può essere considerata come qualcosa che emerge da questa arena.
Lâapproccio dello spazio atemporale ondulatorio presenta inoltre il seguente importante vantaggio rispetto ad altri schemi teorici: lâesistenza di un legame tra la funzione dâonda dello spazio e la curvatura dello spazio prevista dalla relativitĂ generale. Questo modello suggerisce una geometrizzazione degli aspetti quantistici e gravitazionali della materia: la funzione dâonda dello spazio rappresenta una sorta di legame tra quello che chiamiamo gravitazione e quello che chiamiamo comportamento quantistico della materia, che possono essere visti realmente come due facce della stessa medaglia. In altre parole, lo spazio atemporale ondulatorio introduce la possibilitĂ di ottenere una suggestiva unificazione tra gli aspetti gravitazionali e gli aspetti quantistici della materia, piĂš soddisfacente rispetto a quella standard. Infine, questo approccio permette di spiegare in modo soddisfacente anche quello che accade nei processi di misura: i risultati delle misurazioni quantistiche rappresentano la conseguenza di quanto avviene al livello fondamentale della realtĂ rappresentato dallo spazio atemporale ondulatorio, in particolare scaturiscono dalle informazioni che questa arena contiene (segnatamente, valori della densitĂ dello spazio cosmico, delle funzioni dâonda dello spazio, di frequenze di vibrazione). Innanzi tutto, cominciamo col considerare il punto di vista rappresentato dal collasso della funzione dâonda.
Comâè noto, nellâambito della versione standard della teoria quantistica, il collasso della funzione dâonda sarebbe causato dallâintervento dellâosservatore, dal fatto che lâinterferenza dellâosservatore con il sistema misurato provoca grandi cambiamenti incontrollabili sul sistema stesso. Ora, nellâapproccio suggerito dallâautore, si può speculare che sono le informazioni fornite dallâarena fondamentale dellâuniverso rappresentata dallo spazio atemporale ondulatorio a determinare il collasso della funzione dâonda. In particolare, è la densitĂ dello spazio cosmico lâelemento che determina il collasso della funzione dâonda, che fa sĂŹ che lâindice dellâapparato misuratore finisca in una sola delle posizioni in cui potenzialmente si può trovare. Considerando per esempio la misurazione della posizione di un elettrone mentre sta attraversando un dispositivo a due traiettorie A e B, possiamo dire che il collasso della funzione dâonda si ha laddove lo spazio è piĂš denso e, quindi, se la densitĂ dello spazio è maggiore nella traiettoria A, lâindice del dispositivo indicherĂ che lâelettrone ha seguito il percorso A, mentre se la densitĂ dello spazio è maggiore nella traiettoria B, lâindice del dispositivo indicherĂ che lâelettrone ha seguito il percorso B.
Ă lo spazio atemporale ondulatorio, quindi, lâarena fondamentale che fa sĂŹ che lâosservatore abbia percezioni ben definite riguardo agli stati macroscopici dei sistemi fisici, che determina lâoggettivazione delle proprietĂ macroscopiche dei sistemi fisici sperimentata dallâosservatore. Introducendo lâidea della densitĂ dello spazio cosmico, lo spazio atemporale ondulatorio può essere considerato la struttura che funge da intermediario tra sovrapposizione degli stati e osservatore-collasso della funzione dâonda, che media il processo (e come tale determina il collasso stesso, nonchĂŠ la percezione definita dellâosservatore riguardo al risultato delle misurazioni delle grandezze fisiche). Lo spazio atemporale ondulatorio fornisce una rilettura significativa anche della soluzione del problema della misura proposta da Bohm (permettendo in qualche maniera di avvicinare il punto di vista ortodosso a quello di Bohm). Considerando, al solito, la misurazione della posizione di un elettrone che viene introdotto in un dispositivo a due traiettorie A e B, nellâambito dellâapproccio sviluppato dallâautore, lâapparizione dellâelettrone in un determinato punto dello spazio deriva da unâopportuna densitĂ dello spazio e da unâopportuna frequenza di vibrazione di un certo quanto di spazio e, di conseguenza, dalla funzione dâonda dello spazio in corrispondenza di tale quanto di spazio. Pertanto ne deriva che la posizione dellâelettrone e, quindi, la strada che effettivamente segue per portare al risultato della misurazione derivano dai valori della densitĂ dello spazio cosmico, dai valori delle frequenze di vibrazione e della funzione dâonda dello spazio nella regione in considerazione.
In particolare, possiamo dire che lâelettrone si troverĂ inizialmente nella regione A quando la densitĂ dello spazio cosmico è maggiore nella regione A che nella regione B; quando la funzione dâonda dello spazio è maggiore nella regione A che nella regione B; e quando nella regione A ci sono certi quanti di spazio che vibrano a frequenze caratteristiche dellâelettrone. Sono quindi la densitĂ dello spazio cosmico, la funzione dâonda dello spazio e la frequenza di vibrazione di opportuni quanti di spazio gli elementi cruciali che, secondo lâapproccio sviluppato dallâautore, determinano il risultato, lâesito dei processi di misurazione cosĂŹ come lo otteniamo nellâambito della visione di Bohm. In sintesi, possiamo allora dire che lo spazio atemporale ondulatorio introduce una suggestiva rilettura della visione bohmiana dei processi di misura e, allo stesso tempo, fornisce una soddisfacente spiegazione del collasso della funzione dâonda: questo implica che in qualche modo questa arena fondamentale permette di avvicinare la visione del collasso a quella di Bohm.
Lâintroduzione dello spazio atemporale ondulatorio caratterizzato da una funzione dâonda dello spazio, da una struttura granulare, da frequenze di vibrazione e rotazioni-orientazioni può di fatto essere vista come un tentativo di aggiungere nuovi elementi descrittivi rispetto alla visione standard. Il risultato fondamentale di questa teoria consiste nel fatto che tutti i quanti di spazio sono caratterizzati da una specifica funzione dâonda dello spazio, specifiche vibrazioni, specifiche evoluzioni descritte da generalizzate equazioni per la densitĂ dello spazio cosmico e, quindi, che ne deriva unâimmagine pienamente olistica dellâuniverso fisico.
Conclusioni
Secondo diversi autori, nel dominio quantistico non è possibile separare, dal punto di vista operativo, realtĂ e informazione: in altri termini realtĂ ed informazione possono essere considerati la materia primordiale dellâuniverso. Lâinformazione può essere considerata un elemento primario in meccanica quantistica, ha una natura oggettiva. Per quanto riguarda la natura effettiva dellâinformazione e il modo in cui essa è trasportata, le idee non sono ancora interamente chiare. Ă corretto, per esempio, parlare di un campo di informazione, poichĂŠ lâinformazione non diminuisce con la distanza, nĂŠ è associata allâenergia nel senso usuale. Lâapproccio sviluppato dallâautore di questo articolo suggerisce la prospettiva interessante che il campo di informazione che sarebbe responsabile dei processi quantistici è uno spazio atemporale ondulatorio caratterizzato da una funzione dâonda dello spazio, una struttura granulare alla scala di Planck, un mare di vibrazioni e valori quantistici di rotazioni-orientazioni. Nel modello dellâautore, è lo spazio atemporale ondulatorio lâarena fondamentale dellâuniverso e, come tale, costituisce la vera base della meccanica quantistica, sia nel dominio non relativistico, che nel dominio relativistico e nei processi di misura (e che consente, inoltre, di ottenere una significativa unificazione degli aspetti gravitazionali e quantistici della materia).
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Approfondimenti
Il paradosso EPR
Il paradosso EPR (o piĂš appropriatamente argomento EPR) è un esperimento mentale che dimostra come â se si misura una data proprietĂ su una parte (A) di un sistema quantistico â lo stato in cui si trova lâaltra parte (B) di questo sistema risulta influenzato da questa misura, indipendentemente dalla distanza che separa le due parti. Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen proposero questo esperimento ideale in un articolo pubblicato nel 1935 intitolato La descrizione quantistica della realtĂ fisica può ritenersi completa?, con lâintento di dimostrare che la meccanica quantistica non è una teoria fisica completa nel descrivere la natura. Una spiegazione e formalizzazione di questo fenomeno è stata fornita nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell il quale ha dimostrato il seguente famoso teorema: âQuando due particelle sono emesse in direzioni opposte e le proprietĂ di una di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietĂ dellâaltra particella â anche esse misurate â saranno correlate indipendentemente dalla distanza che le separaâ. In base al teorema di Bell, la non localitĂ deve essere considerata una proprietĂ ineludibile dei fenomeni atomici: i sistemi atomici hanno realmente la capacitĂ di comunicare informazioni istantaneamente a prescindere dalla distanza che câè tra di essi.
Fonte: http://www.scienzaeconoscenza.it/articolo/fisica-quantistica-e-realta-non-localita.php