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Interpretazione di Copenaghen

L'interpretazione di Copenaghen è la principale interpretazione della meccanica quantistica; è stata elaborata da Niels Bohr e Werner Heisenberg mentre collaboravano a Copenaghen attorno al 1927. L'interpretazione tenta di rispondere ad alcune domande spinose, che sorsero come risultato della dualità onda-corpuscolo introdotta dalla meccanica quantistica.

Nel classico esperimento della "doppia fessura", quando la luce passa attraverso una lastra con una doppia fessura, posta di fronte a uno schermo, si ottengono bande alternate di charo e scuro. Queste possono essere spiegate come aree in cui le onde luminose si rinforzano o si cancellano. Comunque è sperimentalmente evidente che la luce ha alcune caratteristiche proprie delle particelle, e oggetti come gli elettroni possiedono proprietà ondulatorie e possono produrre schemi di interferenza.

Tutto ciò pone alcune questioni interessanti. Supponiamo di rifare l'esperimento della doppia fessura, questa volta riducendo il fascio di luce in modo che un solo fotone alla volta passi per le fessure. Si vedrà che i fotoni colpiscono lo schermo uno alla volta, ciononostante, sommando i punti colpiti dai fotoni, si ritrovano gli schemi risultanti dall'interferenza tra onde, anche se nell'esperimento abbiamo avuto a che fare con un fotone alla volta.

Le questioni poste da questo esperimento sono:

  1. Le regole della meccanica quantistica ci dicono statisticamente, dove le particelle colpiranno lo schermo, e identificano le zone chiare che hanno alta probabilità di essere colpite e le zone scure con bassa probabilità di essere colpite. Comunque, per una singola particella, le regole della meccanica quantistica non sono in grado di prevedere dove una determinata particella andrà a colpire. Quali sono queste regole?
  2. Cosa succede alla particella nel tempo trascorso tra la sua emissione e la sua osservazione? La particella sembra interagire con entrambe le fessure, e questo è inconsistente con la natura puntiforme della particella, eppure una particella puntiforme è ciò che viene osservato.
  3. Cos'è che fa si che la particella sembri passare da un comportamento statistico a uno non statistico? Quando la particella pssa attraverso le fessure, il suo comportamento sembra essere descritto da una funzione d'onda non localizzata, che attraversa entrambe le fessure allo stesso tempo. Eppure, quando la particella viene osservata non appare mai come un pacchetto d'onda diffuso e non localizzato, ma appare essere una singola particella puntiforme.

L'interpretazione di Copenaghen risponde a queste domande nel modo seguente:

  1. Le affermazioni probabilistiche fatte dalla meccanica quantistica sono irriducibili, nel senso che esse non riflettono la nostra conoscenza limitata di qualche variabile nascosta. Nella fisica classica, la probabilità viene usata per descrivere il risultato del lancio di un dado, anche se si pensa che il processo sia deterministico. La probabilità viene usata per sostituire la conoscenza completa. Per contro, l'interpretazione di Copenaghen sostiene che in meccanica quantistica, i risultati delle misurazioni sono fondamentalmente non deterministici.
  2. La fisica è la scienza che studia i risultati dei processi di misurazione. Le speculazioni che vanno oltre questo fatto non possono essere giustificate. L'interpretazione di Copenaghen rifiuta domande come "Dov'era la particella prima che ne misurassi la posizione?" in quanto senza senso.
  3. L'atto della misurazione causa un istantaneo collasso della funzione d'onda. Questo significa che il processo di misurazione sceglie a caso esattamente uno dei possibili stati permessi dalla funzione d'onda, e la funzione d'onda cambia istantaneamente per riflettere questa scelta.

La formulazione originale dell'interpretazione di Copenaghen ha sviluppato molte varianti, ad esempio quella delle storie coerenti. Le varianti differiscono anche in base al grado di "realtà" asseganto alla funzione d'onda.


Critiche


La completezza della meccanica quantistica (tesi 1) è stata attaccata dall'esperimento mentale di Einstein-Podolsky-Rosen che era inteso a mostrare che ci devono essere variabili nascoste, se si vogliono evitare effetti a distanza istantanei e non locali.

Delle tre tesi di cui sopra, la terza è probabilmente la più problematica dal punto di vista dei fisici, perché da uno status speciale al processo di misurazione, senza definire chiaramente, ne spiegare, i suoi effetti peculiari.

Molti fisici e filosofi hanno mosso obiezioni all'interpretazione di Copenaghen, sia sulla base che non è deterministica sia su quella che essa include un processo di misurazione indefinito, che converte funzioni probabilistiche in misurazioni non probabilistiche. Le celebri frasi di Albert Einstein: "Dio non gioca a dadi" e "Credi veramente che la Luna non sia li quando non la stai guardando?" ne sono una esemplificazione.

Tuttavia, recenti prove sperimentali, hanno dimostrato che esiste un'azione istantanea a distanza dovuta all'entanglement delle particelle nello spazio delle fasi. Su tali esperimenti si basano i tentativi di costruzione di un teletrasporto (per ora limitato ai fotoni) e buona parte dell'informatica quantistica.

Alternative

Molti fisici hanno sottoscritto l'"interpretazione nulla" della meccanica quantistica, riassunta da Feynman nel famoso detto: "Zitto e calcola!"

Un elenco di alternative si trova nell'articolo interpretazioni della meccanica quantistica.

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