Un’alternativa alla meccanica quantistica

In base a recenti analisi effettuate da Stephen L. Adler dell’Institute for Advanced Study di Princeton (USA) e Angelo Bassi dell’Università di Trieste, la meccanica quantistica dovrebbe essere modificata, in quanto sarebbe solo un’approssimazione molto accurata di una teoria più profonda. Questa proposta, che si inserisce in una lunga tradizione di studi scaturita dalle contraddizioni insite nella teoria, potrebbe trovare una conferma attraverso esperimenti futuri.

Sulla veridicità della meccanica quantistica si è discusso fin dalla nascita della teoria stessa all’inizio del secolo scorso. Pur avendo fornito importantissimi risultati nello spiegare la struttura e il comportamento della materia a livello submiscroscopico, presenta degli aspetti che hanno fatto e fanno tuttora discutere scienziati e filosofi. Fornisce, infatti, solo risultati probabili e non certezze, contempla situazioni apparentemente contraddittorie (come il famoso gatto di Schrödinger che è sia vivo che morto fino a che non si apre la scatola e si verifica con l’osservazione), prevede sovrapposizioni di stati e altre indeterminazioni riguardanti la misura dei parametri osservabili. Tutto ciò ha spinto molti a chiedersi se la meccanica quantistica sia una teoria esatta o solo un’appossimazione — buona, ma pur sempre un’approssimazione — di un’altra teoria, più completa, ancora da scoprire.

Angelo Bassi e Stephen L. Adler a Princeton (foto di Andrea Kane, Institute for Advanced Study)
Angelo Bassi e Stephen L. Adler a Princeton (foto di Andrea Kane, Institute for Advanced Study)

Come risolvere questa difficoltà? Gli approcci sono due: il primo lascia invariate le equazioni fondamentali della meccanica quantistica e ne modifica l’interpretazione senza però toccare la teoria; il secondo, invece, imporrebbe una modifica della teoria che sarebbe, appunto, soltanto un’approssimazione molto accurata di qualcosa ancora da elaborare. Questo approccio, che è quello a cui aderiscono Adler e Bassi, è stato considerato da molti quasi un’eresia. Ormai è invece diventato un’alternativa innovativa e plausibile che offre, inoltre, un grande vantaggio: la possibilità di poter misurare in modo quantitativo l’accuratezza della meccanica quantistica.
Abbiamo chiesto ad Angelo Bassi, uno degli autori della ricerca (“Science”, n. 325, 17 luglio 2009, p. 275), che cosa prevede questo approccio eterodosso e quali sono gli esperimenti che potrebbero dirimere la questione. “Questi modelli propongono di modificare le equazioni della meccanica quantistica, introducendo termini non-lineari che impediscono il formarsi di sovrapposizioni strane del tipo gatto vivo + gatto morto, risolvendo in questo modo molti dei paradossi della teoria quantistica, — racconta Bassi. — Come conseguenza di tali modifiche, essi prevedono un comportamento della materia leggermente diverso da quello quantistico standard, suscettibile di verifica sperimentale. Ad esempio, le nuove equazioni prevedono che gli atomi nella materia emettano debolissimi fasci di luce, mentre la meccanica quantistica escluderebbe tale fenomeno. Le formule teoriche sono già state studiate, e ora si sta lavorando per preparare un esperimento finalizzato a testare tale effetto”.

11 Commenti

  1. Abbiamo ricevuto una replica a questo articolo da parte di Giancarlo Ghirardi (Dipartimento di Fisica teorica dell’Università di Trieste), che pubblichiamo volentieri.
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    Alcuni commenti all’articolo “Un’alternativa alla meccanica quantistica”
    di Giancarlo Ghirardi

    Il 23 luglio 2009 è apparso sulle news della SISSA un articolo dal titolo Un’alternativa alla meccanica quantistica che richiede, a mio parere, alcune precisazioni per non risultare fuorviante dal punto di vista di una corretta informazione dei lettori. La stessa frase di apertura “In base a recenti analisi effettuate da S. Adler e A. Bassi, la meccanica quantistica dovrebbe essere modificata …” è del tutto inappropriata. Che la meccanica quantistica andasse modificata è un’ipotesi che risale agli anni 30 del secolo scorso, ma andrebbe menzionato che una precisa, coerente e pienamente soddisfacente proposta di modifica è stata presentata per la prima volta nel 1985 a Heidelberg (e dettagliatamente analizzata nel 1986 in un articolo sulla Physical Review D), ed è universalmente nota come la Teoria GRW, dalle iniziali degli autori, Ghirardi, Rimini e Weber. L’articolo della SISSA non menziona in alcun modo questo fatto – che certamente ha una certa rilevanza – e sembra suggerire che gli autori abbiano elaborato un nuovo e originale modello teorico.

    Con riferimento all’articolo di Science, che, in accordo con il fatto che esso appare nella sezione “Perspectives” della rivista, semplicemente menziona potenziali test sperimentali di alternative alla teoria standard, ritengo opportuno segnalare che esso non presenta alcuna nuova teoria ma semplicemente considera le eventuali implicazioni derivanti da una modifica di alcuni parametri fenomenologici della GRW.

    Di fatto, anziché trattare direttamente con la GRW gli autori hanno preferito fare riferimento a una formulazione matematicamente diversa, usualmente menzionata come modello CSL, dovuta all’americano P. Pearle. Come lo scrivente assieme a Rimini e allo stesso Pearle ha dimostrato rigorosamente, la GRW e la CSL sono fisicamente coincidenti a qualsiasi livello di accuratezza si desideri.

    Le precisazioni che ho voluto fare per evitare malintesi, dovrebbero aver reso chiaro che non sono stati gli autori del lavoro su Science a suggerire che la meccanica quantistica andasse modificata e che essi non hanno proposto alcun nuovo modello teorico: essi hanno semplicemente eseguito calcoli per vedere come eventuali variazioni delle costanti di una teoria esistente e affermata potrebbero portare alla possibilità di test sperimentali. Ritengo doverosa questa precisazione in quanto vari studiosi italiani, interessati alle tematiche fondazionali, dopo aver visitato il sito della SISSA, mi hanno scritto per sapere se a Trieste, ancora una volta, era stato fatto un passo importante, come l’articolo sulle news sembra suggerire, nel proporre una nuova teoria rivale della teoria standard. Spero di aver chiarito che questo non è il caso.

    1. Egregio Professore, concordo con Lei e dispiace che menti così eccelse, che oltretutto frequentano gli stessi ambienti ( per es ICTP a Trieste ) non riescano a comunicare. Forse magari Angelo Bassi era anche suo allievo! Mah!
      Sicuramente ci sono molte eccellenze anche a casa nostra ma non si capisce perché non ci possa essere un luogo per il confronto delle idee come per esempio era o è la conferenza annuale di Solvay. Possibile che nemmeno l’ICPT che è un luogo così aperto non ci possa essere un momento di confronto aperto tra scienziati?

  2. Ho letto con piacere la precisazione del Prof. Ghirardi in merito all’articolo in oggetto. Non posso che concordare con lui che l’articolo non solo rischia di generare fraintendimento nei lettori (che potrebbero pensare di trovarsi davanti a nuove proposte di modificazione della MQ), ma soprattutto di far perdere la “memoria storica” che la teoria GRW (e i modelli di riduzione dinamica in genere) è appunto il primo tentativo serio e rilevante di modificazione della MQ ortodossa, che risolve rigorosamente il problema storicamente noto come “teoria quantistica della misurazione” (o, più appropriatamente, “della macro-oggettivazione”). Personalmente mi occupo da quasi 30 anni di questi temi, che sono spesso oggetto della mia didattica (insegno matematica e fisica in un liceo scientifico udinese) e devo ammettere di aver frainteso io stesso il contenuto di questo articolo, pensando proprio si riferisse a un’ipotesi diversa dalla GRW.
    E se fraintende chi mastica da 30 anni queste cose, figuriamoci il “lettore quadratico medio”!

    1. Anch’io sono un insegnante e concordo con il Prof. de Stefano sulla facilità di fraintendimento che la forma dell’articolo in questione – in special modo l’apertura – può generare perfino in coloro che, pur non essendo fisici di professione, da ormai tanti anni si interessano di fisica, se non altro per offrire ai propri studenti una visione “fresca” di quella che è stata ed è ancora una grande passione.
      Adeguatamente con i tempi che corrono, ci sarebbe quasi da pensare che la forma dell’articolo sia stata studiata appositamente per generare confusione e appagare così la fame di protagonismo che si sta diffondendo anche tra alcuni giovani ricercatori e, di riflesso, alcuni giornalisti; ma poiché è noto a tutti, specialmente tra “gli addetti ai lavori” seri, che in ambito scientifico le “furbate” hanno comunque generalmente vita breve, voglio escludere a priori questa possibilià; probabilmente si tratta soltanto di giornalismo piuttosto mediocre ; cosa di cui in un Paese come il nostro, già di per sé refrattario alla scienza, non c’è bisogno.

  3. io penso che la teoria quantistica sia un concetto inventato dall’uomo, come i numeri stessi che non esistono nella realtà, ma che può farci capire quanto grande sia il mistero in cui viviamo e come sia impossibile arrivare a comprenderlo per sua natura, pur sapendo dentro di noi comunque che esiste una causa da cui dipende tutto.

  4. Vabè, Ghirardi, non se la prenda così, se lei non ha fatto grandi scoperte nella sua vita non deve invidiare chi è attivo nello sviluppo mondiale della MQ. E – pure – vabè, Venturini, e i suoi fantacomplotti italomediatici.
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    Le cose non sono fatte per durare, son fatte per portare la mente dell’uomo allo stato di concepimento nuovo-dimensionale per ulteriori (e più precise) soluzioni.

    1. Il Sig. aaabbb sembra non essere particolarmente lucido nel trattare le questioni di cui vuole occuparsi. Infatti il dibattito cui lui fa riferimento non ha mai riguardato il valore del lavoro scientifico in oggetto, ma il fatto che esso fosse presentato come opera di chi non vi aveva in alcun modo contribuito. Sia per contributi rilevanti che di piccolo conto penso che in campo scientifico la correttezza nell’attribuzione delle ricerche a chi le ha fatte rappresenti qualcosa che va sempre rigorosamente rispettato. Confondere questo principio con l’invidia è una posizione poco seria. L’articolo del 2009 dava precisamente adito a fraintendimenti di questo tipo.

      Per quanto riguarda le scoperte grandi o piccole che qualcuno a fatto, essendo stato oggetto della stima di figure come J. Bell, so benissimo che qualsiasi confronto con chi ha fatto “grandi scoperte” mi vedrebbe perdente. In ogni caso non ritengo che sia aaabbb a dover decidere del valore dei miei contributi. In ogni caso, resta il fatto c he il lavoro di Adler e Bassi in questione e’ semplicemente l’analisi di una proposta (non una grande scoperta) fatta da me e dai miei colleghi Rimini e Weber. Di nuovo, l’invidia non c’entra per nulla, cosa dovrei invidiare?

      Infine, dato per certo che non ho fatto grandi scoperte, penso che per gli eventuali lettori di queste righe possa risultare utile mettere nella dovuta luce il significato del mio lavoro citando semplicemente l’opinione di grandi fisici e filosofi della scienza circa il lavoro stesso.

      Questo e’ J. Bell:
      For myself, I see the GRW model as a very nice illustration of how quantum mechanics, to become rational, requires only a change which is very small (on some measures!). And I am particularly struck by the fact that the model is as Lorentz invariant as it could be in the nonrelativistic version: It takes away the grounds of my fear that any exact formulation of quantum mechanics must conflict with fundamental Lorentz invariance.

      Questo e’ R. Penrose:
      In the GRW scheme, an object as a cat, which would involve 1027 particles, would almost instantaneously have one of its particles hit, and, since this particle state would be entangled with the other particles in the cat, the reduction of that particle would drag the others with it causing the entire cat to find itself in the state of either life or death. In this way the mystery of Schrödinger’s cat – and of the measurement problem in general – is resolved.

      Questo e’ A. Leggett:
      There are many good discussion in the literature of why we should take scenarios such as the GRW one seriously …. The only hypothesis which does not involve a really radical breakdown in our current paradigm is that we shall find that at some level between that of the atom and that of our direct experience quantum mechanics breaks down and needs to be supplemented by some theory of the general feature of the GRW model.

      Questo e’ B. d’Espagnat:
      In fact, up to now three such options are known to exist. One consists in holding to the view that the statevectors are exhaustive representations of the ontological states of systems and giving up the universal validity of the superposition principle. … This option was taken by Ghirardi, Rimini and Weber in their above pioneering work …..

      Questo e’ A. Shimony:
      The theory of Ghirardi, Rimini and Weber (1986) seems to me the most promising to date, and indeed they have sketched a very impressing unification of microdynamics and macrodynamics,

      Questo e’ B. van Fraassen:
      If Epicurus’s atoms did nothing but fall straight down, there would be no collisions or interactions of any sort at all. If quantum mechanical systems do nothing but obey Schrödinger’s equation, it has been argued, then there are no measurement outcomes, or indeed any macroscopically definite events at all. Cats do not die, neither do they stay alive – the most ordinary facts in the world around us are unaccountable. Enter the new Lucretius: Prof. Ghirardi. Postulate a very slight sverve, being now a departure from the evolution described by Schrödinger’s equation. In consequence, macroscopically definite events become possible.

      e infine, questo e’ H. Putnam:
      In: A Philosopher looks at quantum mechanics (Again) 2005. When I wrote it, I had not seen Bell, nor (of course) had I seen Ghirardi et al. … However – as GRW has taught us – there is another possibility: the collapse could be spontaneous.

      Ho deciso, contro ogni mia abitudine di fare queste citazioni per consentire a tutti di valutare la serieta’ e l’interesse del mio modesto contributo alla scienza.

      Spero che aaabbb sappia l’inglese e le usi per chiarirsi in parte le idee poco chiare che sembra avere.

  5. Ho seguito attentamente il dibattito, avendovi anche contribuito personalmente. Sono rimasto esterrefatto dall’intervento del sig. aaabbb per due motivi principali. Innanzitutto per la risibilità delle argomentazioni, del tutto prive di alcun rigore scientifico nonché di semplice…buona educazione! In secondo luogo perché ritengo deprecabile nascondersi dietro l’anonimato per esprimere un’opinione: essere uomini significa soprattutto non temere di esprimere il proprio pensiero apertamente e liberamente. La pratica dell’anonimato non è deontologicamente presa in considerazione da alcuna fonte di informazione. E mi meraviglio quindi che OGGI SCIENZA l’abbia fatto!
    Sull’eccellenza dell’operato scientifico del prof. Ghirardi non vi sono dubbi di sorta: lo comprova anche la sua recente nomina a scienziato “Emerito” conferitagli dal Senato Accademico triestino e ratificata dal Ministero dell’Istruzione e dell’Università (come previsto dalle norme). L’amico GianCarlo ha poi abbondantemente riportato, nel suo lungo intervento, opinioni di autorevoli scienziati internazionali sul lavoro svolto da lui e dai colleghi Rimini e Weber.

  6. Mi scuso con il prof. Ghirardi, del quale è risaputo ogni contributo scientifico e del ruolo avente nel panorama mondiale – che sì dà, permettetemi, per scontato, vista la carica ricoperta.
    Mi sembra tuttavia inopportuna l’intromissione del signor de Stefano.
    Lungi dal voler prolungare questo, oramai, vero e proprio dibattito, e dal voler renderlo un affare di stato o internazionale, porgo vivi saluti.

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