Entanglement quantistico: la fantasmatica azione a distanza

Scienza Di Stefania Bergo. Da Equazione di un amore alla meccanica quantistica: l'entanglement quantistico spiegato alla signora Maria.

In fisica quantistica, se due particelle interagiscono tra loro per un certo periodo di tempo e poi vengono separate, non possono più essere descritte come due entità distinte, perché tutto quello che accade a una continua a influenzare il destino dell’altra. Anche ad anni luce di distanza.
- Simona Sparaco, Equazione di un amore

Rieccomi, signora Maria! Ha terminato la lettura del romanzo della Sparaco? Sì, anche a me questa frase piace molto, un'altra romantica interpretazione della fisica applicata alle anime e ai cuori degli amanti. Questa volta ci si rifà addirittura ad un fenomeno con un nome quasi impronunciabile che di romantico ha molto poco: l'entanglement. Su, si metta comoda e cerchi, ancora una volta di seguirmi, per cortesia. Lo so che ormai ci ha preso gusto...

L’entanglement quantistico o correlazione quantistica è un fenomeno quantistico privo di analogo classico, cioè è valido solo per le particelle infinitamente piccole. 

Si ricorda quello che le ho spiegato l'altra volta su cosa studi la meccanica quantistica, signora Maria? Se vuole andarselo a rivedere, le lascio qui il link: La meccanica quantistica e il paradosso del gatto di Schrödinger. Se invece si ricorda, continui a seguirmi, per favore, ora si farà più interessante. Arriveremo al romanticismo. Forse.

L'equazione di Schrödinger (quella piena di lettere greche che descrive il mondo infinitamente piccolo...) può essere estesa a più particelle contemporaneamente, cioè non descrivere più una singola particella e gli stati che può assumere, ma un sistema di particelle (devono essere un sistema, avere cioè qualcosa in comune, almeno inizialmente) e tutte le possibili combinazioni di stati che possono assumere contemporaneamente, alcuni dipendenti l'uno dall'altro, prendendo il nome di stati correlati, detti anche intrecciati, entangled. 

Faccio un esempio per spiegare meglio, anche se parlare di oggetti macroscopici non è certo il modo migliore per raccontare cosa succeda nell'infinitamente piccolo per cui, come le ho spiegato l'altra volta, signora Maria, valgono regole diverse. Cerchi comunque di seguire il ragionamento, per favore.

Proviamo a spiegare l'entanglement quantistico per entità macroscopiche, per cui, in realtà, la fantasmatica azione a distanza non esiste.

Apro un vasetto nuovo di play doh verde, lo manipolo e creo due cilindretti identici. La prima cosa da sottolineare è che i due cilindri appartengono allo stesso panetto di creta modellabile, cioè allo stesso sistema, e sono stati uniti per un certo periodo di tempo, cioè hanno interagito (parlando di particelle atomiche, si pensi a due elettroni che restino confinati nello stesso punto per almeno una frazione di secondo - un tempo così piccolo per una particella altrettanto piccola, equivale ad una durata lunghissima!). Ovviamente, i due cilindri avranno alcune caratteristiche comuni (detti stati correlati) proprio per questo motivo, dato che sono stati creati a partire da uno stesso pezzo di play doh: gli stati correlati sono ad esempio il colore e la consistenza dei cilindri. Ebbene, le caratteristiche correlate restano comuni anche se porto una i due cilindri a distanza uno dall'altro.
Facciamo ora un'ulteriore ipotesi: immaginiamo che uno dei due cilindri cambi colore (non ci interessa sapere perché o come) e diventi rosso. Bene, secondo l'equazione di Schrodinger anche l'altro cilindro, pur senza alcun contatto con il compagno, nello stesso istante diventerà rosso, perché abbiamo detto che lo stato colore è uno stato correlato. Magia? Romanticismo (pensate a due amanti lontani...)? No, entanglement, letteralmente "groviglio" — in inglese —, intreccio, definito da Einstein la «fantasmatica azione a distanza».

L’entanglement quantistico è uno dei fenomeni più incomprensibili della meccanica quantistica, perché viola un paio dei principi fondamentali della fisica.

Quali? Il localismo, secondo cui ci può essere interazione tra particelle solo attraversando un processo causale, e la non superabilità della velocità della luce, secondo cui nessuna particella può uguagliare, tanto meno superare, il limite massimo di velocità imposto dalla luce. Secondo l'entanglement, invece, l'interazione tra particelle non solo avviene a distanza, senza alcuna apparente spiegazione, ma è pure un fenomeno istantaneo, cioè quando un cilindro diventa rosso, tanto per tornare all'esempio precedente, anche l'altro lo diventa, senza alcun ritardo, e questo starebbe ad indicare che la caratteristica colore rosso passi da un cilindro all'altro viaggiando alla velocità della luce. Einstein stesso lo definì un paradosso e ci perse le notti cercando di spiegarlo!

Quindi, signora Maria, non si preoccupi se finora non ci ha capito molto. Immagino si stia chiedendo: ma chi me l'ha fatto fare di leggere Equazione di un amore? La prossima volta mi prendo un bell'Harmony...
Su, non faccia quell'espressione, ora mi spiego meglio.

Come si può spiegare l'entanglement? Non certo continuando a pensare ai due cilindri come entità separate. No, il modello quantistico indica piuttosto l'esistenza di un'unica entità che si distribuisce in quello che noi siamo abituati a percepire come spazio/tempo.

Immaginiamo di modellare un unico cilindro di creta e di metterlo in una scatola trasparente e di posare la scatola sul tavolo, davanti a due telecamere. Una guarda il cilindro lateralmente e vedrà, ad esempio, un cerchio, l'altra lo guarda dall'alto e vedrà un rettangolo. Pensiamo ora che i filmati delle due telecamere siano visionati da due osservatori diversi, separatamente. Guardando i due monitor televisivi possiamo pensare di essere in presenza di due figure distinte, due entità separate, dato che la differente posizione delle telecamere ci darà due immagini diverse del cilindro. Eppure, continuando ad osservare i filmati, ci accorgeremmo che vi è un certo legame tra loro: quando una si muove, anche l'altra si muove; quando una cambia colore, pure l'altra lo cambia. Essendo all'oscuro del fatto che si tratti in realtà dei filmati dello stesso cilindro, potremmo credere che le due figure comunichino tra loro a distanza, istantaneamente e misteriosamente e si passino le caratteristiche.
Questo esempio banale insinua — non lo faccio io ma la fisica quantistica, o meglio l'entanglement — che esista un livello di realtà del quale non siamo consapevoli, una dimensione che oltrepassa la nostra, quella che consociamo. Se le particelle atomiche correlate ci appaiono separate è perché siamo capaci di vedere solo una parte alla volta della loro realtà, ma loro non sono entità separate, solo sfaccettature di un'unica entità, semplicemente viste da differenti punti di vista, come se lo spazio tra loro non esistesse davvero ma fosse solo una nostra percezione.

L'entanglement quantistico lascia spazio a intuizioni che vanno oltre il romanticismo.

Sforano nella religione, nel misticismo, pensando al modo in cui la realtà possa essere influenzata dalla nostra mente — ricordate il discorso sul ruolo dell'osservatore nel paradosso del gatto di Schrödinger, colui che decide la realtà delle cose nel momento in cui le osserva? — e al fatto che un tempo, miliardi di anni fa, un istante prima del big bang, eravamo tutti uniti in un'unica entità cosmica. Siamo quindi tutti correlati e abbiamo la possibilità di influenzare la realtà, di far accadere gli eventi...

Uuuh, da brividi, non trova?
Come dice? E la formula dove l'ho lasciata? Quale formula? Ah, quella di Dirac del libro della Sparaco. Beh, signora Maria, ne parleremo un'altra volta, anche perché con l'entanglement non ha proprio nulla a che fare!

Stefania Bergo Non ho mai avuto i piedi per terra e non sono mai stata cauta. Sono istintiva, impulsiva, passionale, testarda, sensibile. Scrivo libri, insegno, progetto ospedali e creo siti web. Mia figlia è tutto il mio mondo. Adoro viaggiare, ne ho bisogno. Potrei definirmi una zingara felice. Il mio secondo amore è l'Africa, quella che ho avuto la fortuna di conoscere e di cui racconto nel mio libro. Con la mia valigia gialla, StreetLib collana Gli scrittori della porta accanto (seconda edizione). Mwende. Ricordi di due anni in Africa, Gli scrittori della porta accanto Edizioni. La stanza numero cinque, Gli scrittori della porta accanto Edizioni. SCHEDA DELL'AUTRICE

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