Introduzione

I ricercatori dell’Accademia delle scienze austriaca, dell’Università di Vienna e dell’Università di Ginevra, hanno proposto una nuova interpretazione della fisica classica senza numeri reali. Questo nuovo studio sfida la visione tradizionale della fisica classica come deterministica.

Il demone di Laplace

Nella fisica classica si presume di solito che se sappiamo dove si trova un oggetto e la sua velocità, possiamo prevedere esattamente dove andrà. Una presunta intelligenza superiore che ha attualmente la conoscenza di tutti gli oggetti esistenti, sarebbe in grado di conoscere con certezza il futuro e il passato dell’universo con precisione infinita. Un concetto richiamato brevemente anche nel preambolo dedll’articolo di “Introduzione alla meccanica“.

Pierre-Simon Laplace ha illustrato questo argomento, in seguito chiamato demone di Laplace, nei primi anni del 1800 per illustrare il concetto di determinismo nella fisica classica. Si ritiene, generalmente, che solo con l’avvento della fisica quantistica sia stato sfidato il determinismo. Gli scienziati hanno scoperto che non tutto può essere detto con certezza e possiamo solo calcolare la probabilità che qualcosa possa comportarsi in un certo modo.

Ma la fisica classica è davvero completamente deterministica? 

Flavio Del Santo, ricercatore presso l’Istituto di ottica e informazione quantistica di Vienna, dell’Accademia delle scienze austriaca e dell’Università di Vienna, e Nicolas Gisin dell’Università di Ginevra, affrontano questa domanda nel loro nuovo articoloFisica senza determinismo: interpretazioni alternative di Fisica classica“, pubblicato sulla rivista Physical Review A.

Basandosi su precedenti lavori di quest’ultimo autore, dimostrano che la consueta interpretazione della fisica classica si basa su taciti presupposti aggiuntivi. Quando misuriamo qualcosa, diciamo ad esempio la lunghezza di una tabella con un righello, troviamo un valore con una precisione finita, che significa con un numero finito di cifre. Anche se utilizziamo uno strumento di misurazione più accurato, troveremo solo più cifre, ma comunque un numero finito di esse. 

Tuttavia, la fisica classica presuppone che anche se non fossimo in grado di misurarli, esiste un numero infinito di cifre predeterminate. Ciò significa che la lunghezza della tabella è sempre perfettamente determinata.

Il Pin-Board

gioco Bagatelle o pin-board

Immagina ora di praticare una variante del gioco Bagatelle o pin-board, in cui una tavola è simmetricamente piena di spille. Quando una pallina rotola giù dal tabellone, colpirà i perni e si muoverà a destra o a sinistra di ciascuno di essi. In un mondo deterministico, la perfetta conoscenza delle condizioni iniziali in cui la palla entra nel tabellone (la sua velocità e posizione) determina inequivocabilmente il percorso che la palla seguirà tra i perni. 

La fisica classica presuppone che se non possiamo ottenere lo stesso percorso in diverse corse, è solo perché in pratica non siamo stati in grado di stabilire esattamente le stesse condizioni iniziali. Ad esempio, perché non abbiamo uno strumento di misurazione infinitamente preciso per impostare la posizione iniziale della palla quando si entra nel tabellone.

Una visione alternativa

Gli autori di questo nuovo studio propongono una visione alternativa: dopo un certo numero di pin, il futuro della palla è davvero casuale, anche in linea di principio, e non a causa delle limitazioni dei nostri strumenti di misura. Ad ogni colpo, la palla ha una certa propensione o tendenza a rimbalzare a destra o a sinistra e questa scelta non è determinata a priori. 

Per i primi colpi, il percorso può essere determinato con certezza, ovvero la propensione è del 100% per un lato e 0% per l’altro. Dopo un certo numero di pin, tuttavia, la scelta non è predeterminata e la propensione raggiunge gradualmente il 50% per il destro e il 50% per il sinistro per i pin distanti. In questo modo, si può pensare che ogni cifra della lunghezza del nostro tavolo sia determinata da un processo simile alla scelta di andare a sinistra o a destra ad ogni colpo del piccola pall . Pertanto, dopo un certo numero di cifre, la lunghezza non viene più determinata.

Il nuovo modello introdotto dai ricercatori rifiuta, quindi, la consueta attribuzione di un significato fisico a numeri reali matematici (numeri con cifre predeterminate infinite). Afferma invece che dopo un certo numero di cifre i loro valori diventano veramente casuali e solo la propensione a prendere un valore specifico è ben definita. Ciò porta a nuove intuizioni sul rapporto tra fisica classica e fisica quantistica

In effetti, quando, come e in quali circostanze una quantità indeterminata assume un valore definito è una nota domanda sui fondamenti della fisica quantistica, noto come problema di misurazione quantistica. Ciò è legato al fatto che nel mondo quantistico è impossibile osservare la realtà senza cambiarla. 

Il valore di una misurazione su un oggetto quantistico, d’altronde, non è ancora stabilito fino a quando un osservatore non lo misura effettivamente. Questo nuovo studio, d’altra parte, sottolinea che lo stesso problema sarebbe potuto essere sempre nascosto anche dietro le rassicuranti regole della fisica classica .

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