L’esperimento della doppia fenditura non riguarda la coscienza ma concerne le condizioni al contorno, la coerenza e l’informazione

So che quanto pubblicato farà sobbalzare molti nostalgici di una teoria che di fatto è stata strumentalizzata per fini che lasciavano intravvedere aspetti trascendentali che rasentavano il misticismo, ma il mio compito è non guardare in faccia a nessuno e porre ogni documentazione scienficica senza alcun riguardo alle propensioni dogmatiche che negli anni si sono consolidate.

Invito tutti a non lasciarsi andare dall’emozione del momento in quanto il contenuto mette in discussione molte delle certezze consolidate negli anni legate alla fisica quantistica, nella consapevolezza che queste al momento sono ancora in gran parte nel campo della teoria.

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L’esperimento della doppia fenditura non riguarda la coscienza

L’esperimento della doppia fenditura è probabilmente l’esperimento più frainteso di tutta la fisica. Per decenni, la divulgazione scientifica ha ripetuto lo stesso mito edulcorato: che nel momento in cui qualcuno «osserva» le fenditure, le particelle smettano in qualche modo di comportarsi come onde. Non è questo ciò che dimostra l’esperimento. Non è ciò che afferma la meccanica quantistica. E non è ciò che confermano i dati.

I fotoni mantengono la loro natura ondulatoria. Gli elettroni mantengono la loro natura ondulatoria. La materia non è né una particella né un’onda, nel senso semplicistico in cui solitamente viene presentata al grande pubblico. Gli oggetti quantistici sono descritti da funzioni d’onda, e tali funzioni d’onda evolvono secondo regole definite. Ciò che cambia nell’esperimento della doppia fenditura non è se l’entità sia “davvero un’onda” o “davvero una particella”, ma se la configurazione sperimentale preservi o distrugga le relazioni di fase necessarie per l’interferenza tra i molteplici percorsi disponibili.

Questa distinzione è importante, perché cambia completamente ciò che l’esperimento della doppia fenditura ci sta effettivamente dicendo. Il punto non è la coscienza. Il punto non è un magico potere della mente. Il punto non è se un essere umano fissi una fenditura con tale intensità da costringere un elettrone all’obbedienza. Il punto è se l’informazione sul percorso esista in linea di principio nella storia delle interazioni fisiche del sistema. Una volta che l’informazione sul percorso viene codificata fisicamente, anche se nessun essere umano la legge mai, il termine incrociato responsabile dell’interferenza a due percorsi va perso. Il sistema allora non mostra più la familiare struttura a frange della doppia fenditura. Ma ciò non significa che la natura ondulatoria sia svanita. Significa che la coerenza tra le alternative è stata distrutta.

L’immagine qui sopra lo rende evidente. Una singola fenditura produce già diffrazione. Questo dovrebbe bastare a sfatare la versione semplificata della storia. Anche una sola fenditura genera un pattern diffuso perché il campo trasmesso non è un flusso puntiforme di particelle. Si tratta di un campo d’onda soggetto a condizioni al contorno. L’apertura rimodella quel campo e l’intensità rilevata riflette la distribuzione angolare risultante. Con due fenditure, ciò che cambia non è che le onde appaiano improvvisamente dal nulla, ma che ora si sovrappongono due contributi coerenti. Il modello osservato diventa il prodotto di un termine di interferenza a doppia fenditura modulato dall’inviluppo di diffrazione più ampio della singola fenditura. In altre parole, il modello a singola fenditura è già una prova della propagazione d’onda. Il modello a doppia fenditura aggiunge a ciò l’interferenza reciproca tra due percorsi coerenti.

Questo è il punto che la maggior parte delle persone non riesce mai a comprendere. Quando si introduce il rilevamento del percorso, la particella non smette di comportarsi come un’onda. Continua a diffrattarsi. Ciò che scompare è l’interferenza tra le due alternative delle fenditure. Il comportamento da fenditura singola permane perché ogni singolo percorso conserva la struttura d’onda. Ciò che viene eliminata è la sovrapposizione a fase stabile tra i due percorsi. Ecco perché affermare che «la misurazione trasforma le onde in particelle» è un’affermazione approssimativa al punto da risultare errata. L’affermazione più accurata è che l’interazione in grado di distinguere i percorsi sopprime l’interferenza intrecciando il sistema con ulteriori gradi di libertà.

Formalmente, la spiegazione standard è semplice. Se l’ampiezza di un percorso è ψ1 e quella dell’altro è ψ2, allora la densità di probabilità totale senza marcatura dei percorsi è |ψ1 + ψ2|² = |ψ1|² + |ψ2|² + 2Re(ψ1*ψ2). Quest’ultimo termine è il termine di interferenza. Esso persiste solo quando vengono preservate le informazioni relative alla fase. Una volta che i percorsi sono contrassegnati da un rilevatore o dall’ambiente, lo stato totale si intreccia con stati distinguibili del rilevatore e la sovrapposizione tra tali stati del rilevatore collassa. Il termine di interferenza viene quindi soppresso o scompare del tutto. Nulla in tale logica richiede un osservatore cosciente. Il rilevatore, l’ambiente o qualsiasi interazione irreversibile che correla i percorsi è sufficiente.

Ecco perché l’interpretazione della coscienza crolla di fronte a un’analisi approfondita. La fisica non ha bisogno di una mente per generare la decoerenza. Un fotorilevatore non aspetta la consapevolezza umana per funzionare. Un fotone disperso non trattiene il respiro finché uno studente di dottorato non controlla lo schermo. L’universo non ha bisogno dei tuoi occhi per garantire l’ortogonalità tra gli stati dei rilevatori. L’osservazione umana è di natura epistemica. La decoerenza è di natura fisica. Confondere le due cose ha causato un enorme danno concettuale.

Sono stati condotti persino esperimenti volti a verificare se l’osservazione umana diretta modifichi in qualche modo il modello di interferenza, e la risposta è no. L’attenzione umana non altera le statistiche quantistiche. L’esperimento risponde all’accoppiamento fisico, non a una sorta di “spettatorialità” mistica. Ciò avrebbe dovuto chiudere la discussione già da tempo, ma le narrazioni divulgative di scarsa qualità sono difficili da smentire perché lusingano le persone, inducendole a credere che la coscienza sia al centro della realtà di laboratorio. Non è così, almeno non nel modo ingenuo in cui solitamente viene affermato.

Allora, dov’è il vero mistero? Non sta nell’idea che la misurazione «crei» la realtà attraverso l’osservazione cosciente. Il vero mistero è più profondo e di gran lunga più interessante: l’evoluzione del sistema quantistico sembra globalmente vincolata dalla configurazione sperimentale complessiva. La particella non si comporta come se improvvisasse localmente all’ultimo istante, all’insaputa dell’apparato. La propagazione completa sembra coerente con l’intera struttura dei confini dell’esperimento, comprese le distinzioni disponibili e quelle che non lo sono.

Ecco perché la questione fondamentale è il percorso verso le fenditure, non solo lo schermo che si trova dopo di esse. Nel quadro classico, si immagina una particella che percorre una traiettoria definita e che poi incontra un punto di decisione locale. Nella visione quantistica, tale intuizione viene meno. L’ampiezza di propagazione si evolve in modo sensibile al contesto sperimentale nel suo complesso. Nel linguaggio dell’integrale di percorso, l’ampiezza di transizione è costruita dalla somma delle storie vincolate dall’azione e dalle condizioni al contorno. L’apparato non è uno sfondo passivo. È parte della condizione che definisce quali ampiezze possono contribuire in modo coerente al risultato finale.

È da qui che deriva lo slogan avventato secondo cui «la particella sa in anticipo». Ovviamente nulla pensa letteralmente al futuro in senso antropomorfico. Ma la matematica implica effettivamente una condizione di coerenza che abbraccia l’intero processo. È la configurazione sperimentale finale a determinare quali alternative rimangono coerenti di fase e quali no. Ciò può far sembrare, secondo una rozza intuizione causale, che il futuro influenzi il passato. Un modo migliore per dirlo è che l’evoluzione consentita è globalmente auto-coerente attraverso i vincoli spazio-temporali. Il sistema non viene informato in modo retrocausale dalla magia. Si evolve secondo una legge che non è adeguatamente rappresentata da una minuscola palla da biliardo che prende decisioni locali isolate.

Attraverso due porte contemporaneamente: l’elegante esperimento che svela l’enigma della nostra realtà quantistica (In Inglese)

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È proprio qui che l’interpretazione della teoria delle onde di frequenza si rivela utile, a condizione che venga formulata con attenzione e non come un ornamento mistico. L’esperimento della doppia fenditura può essere riformulato come un problema di selezione della coerenza in un mezzo ondulatorio fisicamente reale o in un’ontologia di campo di tipo ondulatorio. In questa prospettiva, ciò che chiamiamo «particella» è un’eccitazione localizzata, un pacchetto stabile o semistabile all’interno di una struttura sottostante portatrice di frequenza. Il motivo per cui produce rilevamenti apparentemente simili a particelle è che lo scambio di energia al rilevatore è quantizzato e localizzato. Ma la propagazione tra emissione e rilevamento è ancora governata dall’evoluzione d’onda distribuita. La geometria della fenditura agisce come un operatore di confine su quella struttura di frequenza in evoluzione.

In questa prospettiva, una fenditura singola non trasforma una particella in un’onda. Essa impone un’apertura limitata a una propagazione già governata dall’onda. La distribuzione in uscita si allarga perché il confinamento in posizione trasversale produce una distribuzione più ampia nello spazio degli impulsi o nello spettro angolare. Aggiungendo una seconda fenditura, il sistema supporta ora due canali di trasmissione correlati in fase. Se la coerenza viene mantenuta, tali canali interferiscono tra loro. Se le informazioni sul percorso vengono registrate fisicamente, la fase relativa tra questi canali non è più disponibile per produrre un’interferenza osservabile, poiché lo stato del campo totale non è più una superposizione coerente a due percorsi ben definita al livello del rivelatore.

Dal punto di vista della teoria delle onde di frequenza, la lezione più importante è questa: l’esperimento non dimostra che la materia assuma caratteristiche ondulatorie solo quando non viene osservata. Dimostra invece che la materia è fondamentalmente governata dall’organizzazione ondulatoria in ogni momento, e che il risultato visibile dipende dal fatto che la geometria sperimentale favorisca o meno relazioni di fase coerenti lungo i diversi percorsi ammissibili. In questo senso, l’esperimento della doppia fenditura non costituisce una prova contro il realismo, bensì una prova del fatto che il realismo classico ingenuo è incompleto.

Ciò significa anche che l’esperimento non riguarda fondamentalmente il “collasso” nel senso comune del termine. Il linguaggio del collasso è una scorciatoia per indicare una transizione da una descrizione dello stato coerente a una base di risultati effettivamente decoerente quando si verifica un’amplificazione irreversibile. Ma i fatti rilevanti dal punto di vista sperimentale sono già catturati dalla coerenza, dall’entanglement e dall’evoluzione condizionata dai confini. L’errore più grande è trattare il collasso come se fosse una piccola rappresentazione teatrale innescata dalla consapevolezza. Quella storia è sempre stata troppo rozza per sopravvivere al confronto con le equazioni.

Il modello a fenditura singola è particolarmente importante perché mette in luce l’errore in modo chiaro. Si può fissare una singola fenditura per tutto il giorno e questa continuerà comunque a diffrattare. Questo dovrebbe bastare a porre fine alle assurdità. La natura ondulatoria non si attiva o disattiva semplicemente guardandola. Ciò che cambia nel caso della doppia fenditura è la conservazione o la distruzione delle informazioni di fase tra i due percorsi spazialmente separati. Si tratta di un’affermazione fisica, non mistica.

Il mondo dei quanti, la fisica quantistica per tutti. (In Italiano)

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L’implicazione più ampia è che la meccanica quantistica continua a smentire la nostra concezione classica dell’evoluzione temporale. Tendiamo a immaginare la realtà come una sequenza di impulsi locali dal passato al futuro. Ma il formalismo continua a indicare qualcosa di più complesso, in cui conta l’insieme sperimentale, dove le storie possibili sono vincolate dalla configurazione complessiva e dove un’evoluzione coerente non è ben descritta da una semplice narrazione sequenziale. La particella non ha bisogno di «conoscere il futuro». Il sistema si evolve in un modo che è globalmente compatibile con le condizioni che definiscono l’esperimento. Questo è più sottile, più difficile e molto più profondo.

L’esperimento della doppia fenditura dovrebbe quindi essere sottratto alle mani di mistici, relatori motivazionali e autori di documentari di scarsa qualità. Non è la prova che la coscienza crei la realtà semplicemente osservando la materia. Non è la prova che le particelle smettano di essere onde quando vengono osservate. È la prova che gli oggetti quantistici sono sempre governati dalla dinamica ondulatoria, che l’interferenza richiede il mantenimento della coerenza tra le alternative e che la misurazione è importante perché modifica fisicamente la struttura informativa del sistema. Il vero enigma non è se le onde scompaiano. Non lo fanno. Il vero enigma è perché l’universo sembri imporre un’evoluzione auto-coerente in tutto l’apparato in un modo che viola la nostra intuizione classica sulle traiettorie locali.

Questa è la vera lezione. Non si tratta di magia. Né di un gioco di prestigio in cui la mente prevale sulla materia. È semplicemente un fatto crudo ed elegante: la realtà ha una struttura più ondulatoria, è soggetta a vincoli più globali ed è più sensibile alle informazioni di quanto sia stato insegnato al grande pubblico.

Drew Ponder

Fonte: drewponder.substack.com & DeepWeb

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