Le particelle non hanno “posto”. Ci sono solo ondate di probabilità

Immagina una vasca da bagno vuota. Una palla lanciata in questa vasca seguirà un percorso, svolgendosi tra le curve, gli avvallamenti, gli eventuali solchi antiscivolo. Ora riempiamo la vasca con un liquido opaco, che non ci mostrerà più le forme del fondo: lo so, acqua e inchiostro. Se lanciamo un’altra palla, affonderà, creando piccole onde sulla superficie dell’acqua. Se prima, alla domanda “dov’è il file Palla? “avremmo potuto rispondere con certezza in qualsiasi momento, ora la domanda ci prenderebbe un po ‘alla sprovvista:” È sott’acqua, proprio non lo so. Per quanto ne so, può essere ovunque “. Proprio in quel momento squilla il telefono È il nostro amico fisico che ha riempito anche la sua vasca di acqua e inchiostro È un modo strano, a quanto pare, ci sta chiamando. parliamo di una scoperta sensazionale Le onde che si sollevano sulla superficie dell’acqua dall’affondamento della palla non sono semplici onde d’acqua, hanno un significato più profondo: la loro larghezza indica la probabilità di trovare la palla in un punto se mettiamo la mano proprio lì in acqua.

“Se immergi la mano su una cresta dell’onda, vedrai che è molto più probabile trovare la palla che pescare altrove”, ci dice. Sebbene la teoria sembri bizzarra e non plausibile, decidiamo di metterla alla prova. Dopo molti, molti, molti, molti, molti tuffi, l’idea poco plausibile del nostro amico sembra davvero spiegare la realtà. La probabilità di trovare la palla in ogni punto è in perfetta corrispondenza con l’ampiezza dell’onda. Ma questo non è niente in confronto a ciò che scopriamo eseguendo l’esperimento. Ogni volta che la mano sommersa trova e prende la palla, l’oscillazione dell’acqua si ferma immediatamente! La superficie è perfettamente piana, ad eccezione del nostro braccio sommerso. Amico fisico non sembra arrabbiato come noi, anzi. “Naturalmente”, ci dice, “quando la tua mano trova la palla ad un certo punto, diciamo sopra il foro di scarico, la probabilità che la palla finisca sopra lo scarico diventa immediatamente una certezza, e il probabilità che la pallina si trovi in ​​un punto diverso da quello che diventa immediatamente zero. La superficie dell’acqua deve quindi ridiventare piatta ”, conclude coraggiosamente, come se non si rendesse conto che quanto è stato detto contraddice ogni intuizione e buon senso.

L’immaginazione inizia a diventare piuttosto dura, giusto? Tuttavia, la realtà al livello più fondamentale conosciuto, vale a dire a livello di costituenti elementari della materia, funziona più o meno così, infatti si allontana sempre più dalla nostra intuizione e dalle nostre convinzioni.

A livello di particelle elementari, la meccanica quantistica ci dice, non solo esistono onde di probabilità, non solo collassano improvvisamente non appena una particella elementare viene “catturata” durante un esperimento come nel nostro assurdo esempio del serbatoio, ma dobbiamo anche dimenticare il fondo del serbatoio e la palla. Ci sono solo ondate di probabilità. Dobbiamo smetterla di pensare al fotone, all’elettrone e ad altre particelle elementari come palline che si muovono nel spazio, che possiamo tracciare e di cui possiamo prevedere il movimento. Addio determinismo, addio fisica classica. I nostri oggetti e sistemi deterministicamente descrivibili che ci sono così cari sono solo l’approssimazione di un mondo microscopico in cui non ci sono palline o particelle come siamo abituati a pensare, ma – come vogliamo chiamarli, entità? Cos’è questo? Stati? – cose che possiamo solo descrivere probabilità di trovarsi in una certa posizioneo per avere una certa proprietà, come la velocità. E questa probabilità evolve nel tempo secondo un’equazione (equazione di Schroedinger) molto simile all’equazione che descrive il movimento di un’onda che sgorga da una palla che cade nell’acqua. Queste cose, queste entità, le vediamo solo quando si manifestano in uno dei nostri strumenti di misura (come l’occhio per i fotoni). In altre parole, solo quando interagiscono con qualcos’altro.

Un pensiero incoraggiante, che ci ha anche consolato quando abbiamo introdotto l’argomento per la prima volta all’università, è che l’incertezza intrinseca di Meccanica quantistica questa è solo una conseguenza del fatto che i nostri strumenti, sia di misura che di matematica, sono limitati. A un livello fondamentale, il mondo è effettivamente deterministico, ma non abbiamo strumenti abbastanza potenti per accedervi. La palla lanciata nella vasca con acqua e inchiostro segue una traiettoria precisa e deterministica. Sono i nostri occhi che non sono in grado di vedere attraverso il liquido opaco, e quindi la descrizione dell’onda di probabilità con tutte le sue stranezze è solo un’approssimazione dovuta alla nostra ignoranza. Consolatorio, è innegabile: peccato che non sia così! O meglio, molti fisici dall’inizio del 1900 ad oggi hanno tentato di reinterpretare la meccanica quantistica come approssimazione di una teoria deterministica più fondamentale, ma il costo è sempre quello di non superare test sperimentali che la meccanica quantistica supera brillantemente, o di dover introdurre idee ancora più difficili da accettare (almeno per noi) come infiniti universi paralleli. Forse dovremo rassegnarci ad accettare che il mondo microscopico è molto più strano di quanto vorremmo, che i costituenti elementari della materia sono casuali e non deterministici.

Ci fermiamo qui; questo articolo è abbastanza lungo e così difficile. Il descrizione probabilistica è la base della meccanica quantistica. Tra due settimane, proveremo a farti conoscere il fantastico mondo dell’entanglement, l’effetto tunnel e le altre conseguenze che ne derivano.