L’origine delle probabilità secondo la meccanica quantistica

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Dal giorno in cui il fisico austriaco Erwin Schroedinger ‘mise in gabbia’ il suo famoso gatto, i fisici poi hanno utilizzato la teoria dei quanti per spiegare il dualismo onda/particella che caratterizza il mondo degli atomi.

Oggi, grazie ad un articolo recente il professor Andreas Albrecht dell’Università della California, a Davis, sostiene che le cosiddette fluttuazioni quantistiche siano in realtà responsabili della probabilità di tutte le azioni, determinando così implicazioni importanti per i vari modelli cosmologici. La teoria dei quanti è una branca della fisica teorica che tenta di descrivere e prevedere le proprietà ed il comportamento delle particelle elementari. Una conseguenza della teoria è il fatto che le proprietà delle particelle non possano essere determinate con certezza finchè non le osserviamo, un processo che i fisici chiamano tecnicamente “collasso della funzione d’onda”. Il famoso esperimento mentale di Schroedinger permette di estendere questo concetto su lunghezze scala a cui siamo abituati. Un gatto viene intrappolato in una gabbia chiusa la quale contiene un veleno che viene liberato nel momento in cui un atomo radioattivo decade casualmente. Non possiamo affermare che il gatto sia vivo o morto senza aprire la gabbia. Schroedinger sosteneva che fino a che non viene aperta la gabbia e non si guarda al suo interno, il gatto si trova in uno stato ‘indeterminato’, cioè non può essere né vivo né morto. Ora, per molti questo è concetto difficile da accettare. Tuttavia, qualche anno fa Albrecht, in qualità di fisico teorico, concluse che questo è proprio il comportamento della probabilità su tutte le lunghezze scala, finchè non si è posto la domanda su quale potrebbe essere l’impatto che emerge da una situazione del genere nell’ambito della ricerca scientifica. “Sono arrivato a concludere che il modo con cui pensiamo alle fluttuazioni quantistiche e alla probabilità influenza il nostro modo di concepire i modelli che tentano di descrivere l’Universo”, spiega Albrecht. Una delle conseguenze importanti che derivano dalle fluttuazioni quantistiche è che ogni funzione d’onda collassata dà luogo a realtà differenti: ad esempio, una dove il gatto vive e un’altra dove il gatto muore. La realtà, così come noi la percepiamo, segue il suo corso attraverso questa serie di quasi infinite possibili alternative. Ci sono due modi attraverso i quali i teorici hanno cercato di avvicinarsi al problema di adattare, per così dire, la fisica quantistica al mondo reale: o si accetta il fatto che la realtà è costituita da molti mondi o universi multipli, oppure si deve assumere che c’è qualcosa di sbagliato o una lacuna nella teoria. Albrecht si basa sulla prima ipotesi. “Le nostre teorie cosmologiche affermano che la fisica quantistica funziona nel nostro Universo”. Ad esempio, le fluttuazioni quantistiche primordiali ci dicono perché si sono formate le galassie, una previsione che può essere confermata con le osservazioni dirette. Il problema con gli universi multipli è che se ne esistono davvero tanti diventa complicato ottenere delle risposte dalla fisica quantistica, come ad esempio il problema della massa del neutrino. Don Page ha mostrato che le regole probabilistiche del mondo dei quanti non sono in grado di fornire delle risposte alle domande fondamentali nel caso in cui consideriamo un vasto multiverso dove noi stessi non sappiamo in quale dei tanti singoli universi esistiamo”.Un tentativo di rispondere a questo quesito nasce dalla possibilità di aggiungere, per così dire, un ingrediente alla teoria: cioè un insieme di numeri che ci indicano quale è la probabilità che esistiamo in ogni singolo universo. Questa informazione può essere combinata con la teoria dei quanti da cui è possibile ottenere delle equazioni matematiche per derivare anche la massa del neutrino. “Ma non così facilmente” dice Albrecht. “Perché il nostro concetto di probabilità non ha alcuna base nella teoria dei quanti”. Se tutta la probabilità è di fatto la teoria dei quanti, allora tutto ciò non può essere fatto. Insomma, i singoli universi non possono essere descritti con l’attuale teoria dei quanti rispetto a quanto è stato assunto finora. “Queste considerazioni ci portano a ritenere che, forse, esistono vari tipi di probabilità, che si combinano e si confondono e per cui diventa necessario tenerle separate”, conclude Albrecht.

UCDavis: Does probability come from quantum physics?
arXiv: Origin of probabilities and their application to the multiverse
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