Meccanica Quantistica: Il Collasso Della Funzione d'Onda

7/26/2019 Meccanica Quantistica: Il Collasso Della Funzione d'Onda

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Meccanica quantistica: il collasso dellafunzione d'onda

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Scienza e Fisica Quantistica

Massimo Teodorani ci spiega che cosa si intende per collasso

della funzione d'onda in meccanica quantistica e ci illustra il

paradosso del gatto di Schrdinger...

Massimo Teodorani- 21/02/2011

Tratto dal libro di Massimo Teodorani "Entanglement" (Macro

Edizioni).

Esperimenti, sia mentali che di laboratorio, hanno inesorabilmente

dimostrato che le nostre concezioni della realt sono

completamente inadeguate se rapportate al mondo della

meccanica quantistica, ovvero al regno dell!infinitamente piccolo.

Qui non si tratta di palle da tennis o da fottball, ma di particelle

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veramente minute che vanno dal fotone, all!elettrone fino agli atomi.

Descrivere la traiettoria di questa particella non una procedura

deterministica come nel caso della traiettoria di un satellite nello

spazio o di una granata sparata da un cannone, ma richiede

l!utilizzo di una particolare funzione matematica denominata

funzione d!onda, il cui scopo quello di stabilire la probabilit che

una particella si trovi in un posto anzich in un altro. Ad esempio di

un elettrone in virt del Principio di Indeterminazione di

Heisenberg non possiamo determinare simultaneamente

posizione e velocit, dal momento che la precisione della misura

dell!una inficia quella dell

!altra. Questo avviene perch il processo

della misura di laboratorio perturba le particelle stese: in tal modo

abbiamo un!interazione indissolubile tra osservatore e realt

osservata. Quando viene effettuata una misurazione, la particella

naturalmente viene trovata solo in un dato luogo, ma se si assume

che la funzione d!onda fornisca una descrizione completa e

letterale di un sistema quantistico, ci significa che tra unamisurazione e l!altra la particella si dissolve in una sovrapposizione

di onde di probabilit ed essa potenzialmente presente in molti

differenti luoghi simultaneamente. Quando ha luogo l!osservazione,

la funzione d!onda collassa e in questo esatto momento troviamo

la particella in un posto preciso. Proprio per descrivere in maniera

intuitiva questa situazione il grande fisico Erwin Schrdinger

invent un paradosso che la descrive pi che bene. Immaginiamo

di avere una scatola contenente un gatto, e poi immaginiamo un

fotone che entri nella scatola con una mezza probabilit di essere

trasmesso e un!altra mezza di non esserlo. Se trasmetto esso

innesca un congegno che fa sparare un fucile che uccide il gatto,

mentre se non trasmesso il gatto rimane vivo. Ma siccome il gatto

dentro la scatola, noi non possiamo sapere se esso vivo oppure

morto. Questo ben noto come il paradosso del gatto di


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Schrdinger, e rappresenta il maniera intuitiva il concetto di

sovrapposizione degli stati quantistici, proprio quella descritta dalla

funzione d!onda. Noi sapremo se il gatto vivo o morto solo nel

momento stesso in cui apriamo la scatola. L!atto di aprire la scatola

esattamente equivalente al processo della misura e corrisponde a

far collassare la funzione d!onda.

Un altro modo di vedere la situazione pu esser descritto con una

moneta. Se ad esempio mi trovo in una stanza buia e lancio la

moneta in aria e poi essa ricade, io non posso sapere se essa

mostra testa o croce perch la moneta si trova in unasovrapposizione di testa e di croce, fino a che non accendo la luce.

Allora in quel momento io faccio collassare la sovrapposizione di

testa e croce perch sono finalmente in grado di vedere quale delle

due facce mostra la moneta. Dunque, misurare qualcosa distrugge

la sovrapposizione, forzando quello che uno stato quantistico

descritto dalla funzione d!onda ad assumere uno stato classico in

cui l!identit dei vari stati decisa. Tutto questo avviene nel mondo

delle particelle elementari e il ruolo perturbativo dell!osservatore

assolutamente fondamentale, dato che egli interagendo con una

realt quantistica fatta di sovrapposizioni di stati, porta questi stati

ad assumere uno stato ben definito. Questo ben spiegato dalla

celebre frase del grande fisico teorico tedesco Pascual Jordan:

Non solo le osservazioni disturbano ci che deve essere misurato,

ma esse lo producono Noi costringiamo un elettrone ad

assumere una posizione definita ma siamo noi stessi che

produciamo i risultati della misurazione.

E in maniera pi filosofica Basil Hiley:

Noi siamo coinvolti, noi siamo partecipi della natura, e questo


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necessariamente significa che noi non siamo in grado di avere una

visione della natura per come essa effettivamente fuori da noi; noi

non possediamo la virt di un terzo occhio che ci permetta di

avere una visione intellettuale della globalit della realt.

Ne consegue che quello che noi sappiamo sulla particella prima

che abbia luogo la misura, non esattamente informazione sulla

particella ma su una specie di nuvola di probabilit in cui la

particella potrebbe trovarsi. Ma quando effettuiamo la misura

improvvisamente la particella la troviamo in un posto preciso:

stato il nostro atto di osservarla a farle assumere quella posizione.Questa sconvolgenti deduzioni derivano da studi matematici

rigorosi, tra i quali sicuramente l!equazione di Schrdinger

l!espressione di punta nel campo della meccanica quantistica, la

quale comunque considera eventi subatomici non intesi come

eventi reali ma come una specie di media statistica di tutte e

possibilit. Questa rappresenta la cossi detta interpretazione diCopenhagen della meccanica quantistica, ovvero la prima

elaborazione di questa teoria (da parte del fisico teorico danese

Niels Bohr), una teoria che ci aveva aperto le porte a un mondo di

misterioso e profondo ma non direttamente conoscibile dai sensi

umani. Ma la meccanica quantistica non si dimostr solo essere

una mera elaborazione matematica e astratta della realt ma port

anche a esperimenti ancora pi sconvolgenti della teoria stessa.

Tratto dal libro di Massimo Teodorani "Entanglement" (Macro

Edizioni).

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