La realtà non esiste se non la si guarda

Ci capita spesso di osservare il mondo in modi diversi, come se ci sfuggisse qualcosa. Ed è proprio questo qualcosa che gli scienziati cercano di scoprire. Dall’avvento della meccanica quantistica infatti, i fisici di tutto il mondo hanno cercato di capire la realtà, soprattuto a livello subatomico. In particolare si continuano a condurre esperimenti per capire qualcosa di più sulle sue leggi. Che spesso sono paradossali e sul confine tra il mondo microscopico e quello macroscopico. Come hanno fatto gli scienziati dell’Autralian National Univertsity mettendo in atto la prima realizzazione di un famoso esperimento di J.A.Wheeler.

L’esperimento che “confonde” l’osservazione della realtà

Lo studio, portato avanti da Andrew Truscott, si basa sull’esperimento di scelta ritardata di Wheeler. Rientra in quelli chiamati anche gedanken experiment (esperimento mentale) e si riferisce appunto a quanto idealizzato dal fisico americano. Egli, a sua volta si basò sull’altrettanto celebre esperimento della doppia fenditura. Quello che portò ad una rivoluzione nel campo della scienza e cambiò per sempre il modo di vederla.

L’esperimento della doppia fenditura mandò in crisi la visione di Newton per la quale la luce è composta da corpuscoli. Nel descrivere quello che fu il suo precursore il fisico Young affermò nel 1803 ai membri della Royal Society di Londra:

Può essere ripetuto con grande facilità, ovunque splenda il Sole.

Thomas Young

Lo scienziato britannico dimostrò così con grande eleganza e relativa semplicità la natura ondulatoria della luce. Ma l’avvento dell’era quantistica ribaltò ancora le carte in tavola chiarendo l’esistenza di unità indivisibili, “quanti” di luce, chiamati fotoni.

L’idea alla base di quanto fatto da Young è concettualmente semplice da un punto di vista quantistico. Consiste nell’inviare singole particelle di luce o materia ad una barriera con due aperture al suo interno. Dietro, ad attendere l’arrivo delle particelle, c’è un rilevatore (che nel caso della luce è una lastra fotografica).

Quello che ci si aspetta, è il passaggio attraverso una delle due aperture dei fotoni, che dovrebbero accumularsi dietro una sola di esse. Ed è quello che… non accade! Ciò che si osserva infatti è un forte alternarsi di bande di luce e buio impresse sulla lastra. Le bande alternate sono il risultato dell’interferenza che si crea quando due onde si sovrappongono. Due creste allineate di altrettante onde creano una interferenza costruttiva (la luce), mentre il buio c’è invece quando cresta e avvallamento s’incontrano. Creando appunto una interferenza distruttiva.

Ma quindi il fotone si comporta come onda o particella?

Sembrerebbe quindi che l’unico fotone attraversasse entrambe le fenditure allo stesso tempo, interferendo con se stesso. Cosa che non ha senso nella fisica classica. La spiegazione risiede nel fatto che è da un punto di vista matematico che esiste una così detta funzione d’onda ad indirizzo delle due aperture. Questa è infatti una funzione matematica astratta rappresentante la posizione del fotone; ed è sempre lei a rivestire il ruolo di onda investendo le aperture. Da esse se ne generano di nuove interferendo le une con le altre.

Quindi, è tramite la funzione d’onda che si calcola la probabilità della posizione del fotone. Questo aspetto probabilistico fa si che all’atto della misurazione ci sia ciò che gli scienziati hanno chiamato “collasso” della funzione stessa. Ossia, l’intervento misurativo fa collassare l’onda, diffusa, prima dell’atto e poi divenuta concentrata, nel momento della rilevazione. Concentrata appunto dove si materializza il fotone in uno dei punti registrati.

John Wheeler ha usato una variante dell’esperimento della doppia fenditura. E dalle sue osservazioni ha tratto la conclusione che un fenomeno quantistico non è tale fino a quando non lo si registra. Da qui e da altre discussioni si è aperta la possibilità di pensare che per il collasso debba essere invocata la coscienza umana. Che quindi la realtà non è come ci appare e in un certo senso non esiste se non la si guarda.

Lo studio dell’Australian National Univeristy

Il team dell’ANU è riuscito a costruire l’esperimento, che sembrava quasi impossibile quando fu proposto nel 1978. Ma non solo: ha anche invertito il concetto originale di Wheeler, che prevedeva che i fasci di luce venissero fatti rimbalzare da specchi. Infatti Truscott e soci hanno utilizzato invece gli atomi dispersi dalla luce laser. Questo il commento di uno dei dottorandi dell’università coinvolta nello studio:

Le previsioni della fisica quantistica sull’interferenza sembrano abbastanza strane se applicate alla luce, che sembra più un’onda, ma l’aver fatto l’esperimento con gli atomi, che sono cose complicate che hanno una massa e interagiscono con i campi elettrici e così via, aggiunge ulteriore stranezza.

Roman Khakimov

Infatti, i ricercatori hanno dapprima intrappolato un insieme di atomi di elio in uno stato di sospensione, noto come condensato di Bose-Einstein. Poi, li hanno espulsi finché non è rimasto un solo atomo, fatto passare attraverso una coppia di raggi laser in contropropagazione. I raggi hanno formato un reticolo che ha agito da crocevia nello stesso modo in cui un reticolo solido diffonde la luce.

A portare a un’interferenza costruttiva o distruttiva come se l’atomo avesse percorso entrambi i percorsi, l’aggiunta casuale di una seconda griglia luminosa. Quando poi hanno tolto la seconda griglia, non c’è stata interferenza, a mimare la scelta di un singolo percorso da parte dell’atomo.

Truscott ha riferito che si deve accettare che una misurazione futura influenzi il passato dell’atomo; questo se si sceglie di credere che l’atomo abbia davvero preso uno o più percorsi particolari. In sostanza quindi il loro esperimento ha ribadito il fatto che la realtà della fisica quantistica è determinata dall’osservazione

Realtà irreale

Gli esperimenti della doppia fenditura e simili si basano sul calcolo delle probabilità e sulle previsioni scaturite dalla matematica. Se l’invio di decine di migliaia di fotoni identici attraverso la doppia fenditura, conferma le probabilità, la teoria afferma che la funzione d’onda di ciascun fotone è collassata. Tutto ciò tramite un processo mal definito chiamato misurazione.

Questo è ciò che è affermabile con “certezza”, al di là di tutte le affermazioni sostenute dalla filosofia. In più, altri settori della scienza non hanno ancora chiaro il ruolo e la natura della consapevolezza umana. Ma sopratutto del ruolo che la coscienza stessa ha nel collasso della funzione d’onda. Detto questo allora, sembra quindi ancora presto per giudicare definitivamente la realtà come sola conseguenza del nostro pensiero.