MECCANICA QUANTISTICA E HYPOTHESES NON FINGO

Presentazione sul tema: "MECCANICA QUANTISTICA E HYPOTHESES NON FINGO"— Transcript della presentazione:

1 MECCANICA QUANTISTICA E HYPOTHESES NON FINGO
VINCENZO FANO CESENA, XIV SCUOLA

2 L’ANALOGIA Può essere istruttivo raccontare brevemente per concludere alcune risposte dei filosofi naturali al dilemma della gravità. Innanzitutto c’erano quelli che sostenevano che la nozione tradizionale di etere non poteva essere eliminata e proponevano dei mezzi per salvarla [Huygens]. Poi c’erano quelli che insistevano che un etere meccanico di un qualche tipo non era più sostenibile e che bisognava trovare qualche altro mezzo – materiale o spirituale – per riempire gli spazi [Clarke]. Infine almeno uno riteneva che non ci fosse bisogno di una spiegazione fisica della correlazione fra moti planetari e della posizione e massa del sole e approfittò dell’occasione per proporre una visione strumentalistica della scienza naturale in generale [Berkeley]. Non è difficile individuare un’analogia fra queste alternative e le risposte al dilemma quantistico raccontate in questo libro. (McMullin, 1989)

3 DESCARTES “Dopo quanto è stato dimostrato di sopra, cioè che tutti i luoghi sono pieni di corpi, e che ogni parte della materia è talmente proporzionata alla grandezza del luogo che occupa, da essere impossibile che ne riempia uno maggiore, né che si rinserri in uno più piccolo, né che nessun altro corpo vi trovi posto nel mentre che essa vi è, dobbiamo concludere che è necessario che vi sia sempre tutto un circolo di materia o anello di corpi che si muovano insieme in pari tempo; così che, quando un corpo lascia il suo posto a qualche altro che lo caccia, entra in quello di un altro, e quest’altro in quello di un altro e così di seguito fino all’ultimo, che occupa nel medesimo istante il luogo lasciato dal primo.” (Descartes, 1644)

4 NEWTON Definizione V. La forza centripeta è la forza per mezzo della quale i corpi sono tratti, sono spinti, o comunque tendono verso un qualche punto come verso un centro. Di questo genere è la gravità, per mezzo della quale i corpi tendono verso il centro della terra. (Newton, 1687)

5 NEWTON STRUMENTALISTA?
Newton risponderà a Leibniz che le cause della gravità sono occulte, ma non la gravità in quanto qualità. “Userò le parole attrazione, impulso o propensione di qualcosa verso un centro, indifferentemente e promiscuamente l’una per l’altra; visto che queste forze sono considerate non fisicamente, ma matematicamente.” (Newton, 1687)

6 NEWTON TEOLOGO? “ E’ inconcepibile che l’inanimata, bruta materia, senza la mediazione di qualcos’altro che non sia materiale, operasse ed influisse su un’altra materia senza reciproco contatto, come dovrebbe essere se la gravitazione, nel senso di Epicuro, fosse essenziale e inerente ad essa. E questa è una ragione per cui desideravo che non attribuiste a me la gravità innata. Che la gravità debba essere innata, inerente ed essenziale alla materia, così che un corpo possa agire su un altro a distanza attraverso un vacuum, senza la mediazione di nient’altro, mediante e attraverso cui la sua azione e forza può essere trasmessa dall’uno all’altro, è per me una tale assurdità che ritengo che chi possieda una competente facoltà di pensiero nelle discipline filosofiche, non possa mai cadervi. La gravità deve essere causata da un agente che agisce costantemente in accordo a determinate leggi, ma ho lasciato al giudizio dei miei lettori di stabilire se questo agente sia materiale o immateriale.” (Newton, 1693)

7 NEWTON CARTESIANO? “Questione 21. Non è, questo mezzo, molto più raro dentro ai corpi densi del sole, delle stelle, dei pianeti e delle comete che nel vuoto spazio celeste esistente fra loro? E nel passare da quelli a distanze molto maggiori, non diventa continuamente sempre più denso, e causa pertanto la gravitazione di questi grandi corpi l’uno rispetto all’altro e delle loro parti rispetto ai corpi: dato che ogni corpo compie uno sforzo per andare dalle parti più dense del mezzo verso quelle più rare?” (Newton, 1706)

8 NEWTON AGNOSTICO? “Questa forza nasce internamente da qualche causa che penetra fino al centro del sole e dei pianeti, senza diminuzione della capacità, e opera non in relazione alla quantità delle superfici delle particelle sulle quali agisce (secondo il comune comportamento delle cause meccaniche), ma in relazione alla quantità di materia solida. La sua azione si estende per ogni dove a immense distanze, sempre decrescendo in proporzione inversa al quadrato delle distanze [...] In verità non sono ancora riuscito a dedurre dai fenomeni la ragione di queste proprietà della gravità, e non ‘fingo ipotesi’.” (Newton, 1713)

9 LA SCOPERTA DI NEWTON Newton nei Principia (1687), sollecitato prima da Hooke e poi da Halley dimostra il nesso fra una forza proporzionale all’inverso del quadrato della distanza e le leggi di Keplero. Nel Settecento i cartesiani non negheranno che la forza ha questo andamento matematico, ma cercheranno un’interpretazione di essa in termini di vortici.

10 LEIBNIZ Gli antichi e i moderni che sostengono che la gravità è una qualità occulta sono dunque nel giusto se con quell’espressione vogliono dire che esiste un certo meccanismo ad essi sconosciuto, per cui tutti i corpi tendono verso il centro della Terra. Ma se ritengono che tale operazione si effettui senza alcun meccanismo, per una semplice qualità originaria, o per una legge divina, che produce quell’effetto, senza servirsi di mezzi intelligibili, allora introducono una qualità occulta irragionevole, talmente occulta che neppure se un Angelo, per non dire Dio stesso, volesse spiegarla, riuscirebbe mai a renderla chiara. (Leibniz, 1711)

11 COTES “O la gravità trova un suo posto tra le proprietà primarie di tutti i corpi, oppure non vi sono nemmeno l’estensione, la mobilità e l’impenetrabilità. E la natura delle cose sarà o giustamente spiegata mediante la gravità dei corpi o non sarà affatto spiegata nemmeno con l’estensione, la mobilità e l’impenetrabilità dei corpi.” (Cotes, 1713)

12 LOCKE “Ammetto di aver sostenuto che il corpo agisce per impulso e non diversamente. Questa era la mia opinione quando scrissi quel Saggio e anche adesso non sono capace di concepire la sua azione se non in quel modo. Ma il libro incomparabile del saggio signor Newton mi ha convinto che v’è un eccesso di presunzione nel voler segnare i limiti del potere di Dio alla luce delle nostre limitate concezioni. La gravitazione della materia verso la materia che si verifica in modi per me incomprensibili non solo dimostra che Dio, quando lo ritenga opportuno, può attribuire ai corpi poteri e modi di azione anche diversi da quelli che possono essere dedotti dalla nostra idea di corpo o spiegati con le nostre cognizioni della materia, ma testimonia inoltre incontestabilmente che Egli ha davvero fatto così.” (Locke, 1699)

13 KANT… “Sembra che ogni effetto immediato di una materia su un’altra non possa mai essere qualcosa d’altro se non pressione o urto, le sole due influenze che noi possiamo percepire immediatamente, invece l’attrazione, che per se stessa non ci può dare nessuna sensazione […] entra così difficilmente in testa come forza originaria.”

14 … E L’AZIONE A DISTANZA “Ma la forza di attrazione originaria non è affatto più incomprensibile della forza di repulsione originaria […] L’obbiezione più comune contro l’azione immediata [attraverso il vuoto] a distanza è che una materia non può agire immediatamente là dove essa non è. […] Ciò è così poco contraddittorio che piuttosto si può dire che qualunque cosa agisce nello spazio soltanto in un luogo dove non c’è l’agente.” (Kant, 1786)

15 AZIONE A DISTANZA Intensità dibattito 1700 Tempo 1900
F. van Lunteren, FRAMING HYPOTHESIS, Utrecht,

16 ALBERT EINSTEIN “se solleviamo una pietra e poi la lasciamo andare, perché mai essa cade a terra?” La risposta abituale a questa domanda è: “Perché è attirata dalla terra”. La fisica moderna formula la risposta in modo alquanto diverso per la ragione seguente. In base a uno studio più esatto dei fenomeni elettromagnetici, siamo pervenuti alla conclusione che non esiste azione a distanza senza l’intervento di qualche entità fisica intermediaria. (Einstein, 1916)

17 EINSTEIN E CARTESIO “Descartes discusse la cosa all’incirca in questi termini: lo spazio è essenzialmente identico all’estensione, ma l’estensione è connessa ai corpi; non esiste dunque spazio senza corpi, cioè non esiste spazio vuoto. […] Vedremo più tardi, però, che la teoria della relatività generale conferma in maniera indiretta la concezione cartesiana. […] Descartes non era dunque così lontano dal vero quando credeva di dover escludere l’esistenza di uno spazio vuoto. Tale nozione appare invero assurda, finché la realtà fisica viene vista esclusivamente nei corpi ponderabili. Solo l’idea del campo come rappresentante la realtà, in combinazione con il principio generale di relatività, riesce a rivelare il vero nocciolo dell’idea di Descartes: non esiste spazio ‘vuoto di campo’.” (Einstein, 1952)

18 LOCALITA’ Consideriamo un sistema formato da due sistemi parziali S1 e S2 spazialmente separati e non soggetti a interazioni di rilievo, descritto in meccanica quantistica dalla funzione 12. “Ora mi sembra che si possa parlare della reale situazione di fatto del sistema parziale S2 […] La reale situazione di fatto del sistema S2 è indipendente da ciò che si fa sul sistema S1, che è spazialmente separato da S1.” (Einstein, 1949)

19 LOCALITA’ DI BELL “Il paradosso di Einstein, Podolsky e Rosen fu proposto come un argomento secondo cui la meccanica quantistica non potrebbe essere una teoria completa, ma dovrebbe essere corredata di variabili addizionali. Queste variabili addizionali reinstaurerebbero nella teoria la causalità e la località. In questa nota, quell’idea verrà formulata matematicamente e si mostrerà incompatibile con le predizioni statistiche della meccanica quantistica. La difficoltà essenziale è creata dalla richiesta della località, o più precisamente dal fatto che il risultato di una misura su un sistema non sia affetto dalle operazioni su un sistema distante, con il quale esso ha interagito nel passato.” (Bell, 1964)

20 LE SPERANZE DI EINSTEIN
La teoria attuale è tutta basata su concetti classici. E’ la migliore spiegazione che possediamo. Essa però non è un buon punto di partenza per uno sviluppo futuro. “Le mie aspettative sono guidate dalle esperienze connesse con la teoria della gravitazione”. (Einstein, 1949)

21 INCOMPLETEZZA “Tutti i paradossi discussi in questo capitolo trovano un’ovvia soluzione ammettendo che la meccanica quantistica sia incompleta: non è meglio questa scelta del doversi occupare di retroazioni del futuro sul passato, di stati della realtà non osservata qualitativamente diversi da quelli che vediamo e di prove dell’esistenza dello spirito umano? Dopo tutto, potrà mai una teoria umana essere completa, cioè contenere al suo interno la risposta ad ogni possibile domanda che possiamo pensare di rivolgere alla natura? (Selleri, 1999)

22 SELLERI E IL REALISMO LOCALE
“Resta tuttavia molto interessante che le sole due misure di polarizzazione circolare in esperimenti tipo EPR abbiano dimostrato che la disuguaglianza di Bell (forte) non è violata ed abbiano richiesto acrobazie intellettuali per cercare in qualche modo di interpretarne i risultati in modo consistente con la meccanica quantistica. […] Il confronto fra realismo locale e meccanica quantistica alla fine del 1998 è aperto come lo è sempre stato.” (Selleri, 1999)

23 SEPARABILITA’ E LOCALITA’
Oggi si distingue comunemente fra “separabilità” e “località”. La prima sarebbe la possibilità di descrivere fisicamente in modo indipendente una parte di un sistema composto, mentre la seconda sarebbe l’impossibilità che un sistema agisca a distanza. La meccanica quantistica violerebbe solo la separabilità. Resta il fatto che da un punto di vista sperimentale sono riscontrabili correlazioni statistiche che non hanno una causa comune locale.

24 REALISMO QUANTISTICO “In questo capitolo abbiamo visto che la meccanica quantistica ci costringe ad abbandonare il concetto di separabilità. Siccome esso è un importante concetto classico, questo passo ha un valore storico. L’evoluzione del dibattito riguardo all’entanglement e alla località, dal 1935 ai giorni nostri, è paradigmatico e rappresenta uno sviluppo completamente nuovo per la filosofia e la storia della scienza.” (Auletta, Fortunato, Parisi, 2009)

25 IL REALISMO DI GHIRARDI
“Questo fatto tradotto in termini concreti significa semplicemente che l’esperienza esclude la possibilità di un completamento locale della teoria. Einstein aveva veramente torto poiché non aveva neppure contemplato, e con lui tutti i suoi avversari, questa possibilità che i processi naturali risultassero fondamentalmente nonlocali. Personalmente ritengo che l’esperimento di Aspect e collaboratori risulti conclusivo: i fotoni sono realmente telepatici o, in termini più scientifici, non possono neppure pensarsi possedere qualche caratteristica che garantisca, prima che il test venga eseguito, se supereranno o no il test.” (Ghirardi, 1997)

26 STRUMENTALISMO “Newton considerava ancora le correlazioni descritte dalla sua legge di gravitazione universale come bisognose di una spiegazione. Ma un secolo dopo la legge di per sé fu accettata come la spiegazione. […] La differenza fra questa è la correlazione di EPR è che nel caso newtoniano la struttura della legge presa di per sé non presenta ostacoli formali a una spiegazione riduzionista. […] Ciò che l’attuale sviluppo delle idee scientifiche nega qui è solo ciò che certi filosofi e scienziati filosoficamente orientati asseriscono, cioè che una stringente domanda di spiegazione agisca nella scienza come ideale regolativo. Questa concezione rende la fisica continua con la metafisica ed è caratteristica della cosiddetta tradizione ‘realista’ in filosofia. C’è anche una tradizione alternativa. […] Questa tradizione alternativa, antimetafisica ed empirista, identifica la spiegazione scientifica con la raccolta di informazioni descrittivamente rilevanti.” (Van Fraassen, 1991)

27 L’ANALOGIA A RAGION VEDUTA
GRAVITA’ ENTANGLEMENT STRUMENTALISMO BERKELEY,NEWTON VAN FRAASSEN, FUCHS REALISMO COTES, NEWTON, KANT EVERETT, ZUREK, GHIRARDI, AULETTA-PARISI INCOMPLETEZZA HUYGHENS, NEWTON, LEIBNIZ EINSTEIN, SELLERI MISTICISMO LOCKE, NEWTON CAPRA, BOHM, PAULI, WIGNER

28 LA FISICA DEL FUTURO? “Se consideriamo un qualsiasi fenomeno entangled, come il teletrasporto o i meccanismi interni del nostro computer quantistico, si pensa che la causa di esso sia la non separabilità quantistica. In realtà la fisica moderna ha mostrato che non esistono entità grandi quanto si vuole non interagenti che siano non separabili. Ogni oggetto ha una sua indipendenza locale.” (Aristein, 2234)