I fatti alternativi si stanno diffondendo come un virus nella società. Ora sembra che abbiano persino infettato la scienza, almeno il regno quantico. Questo può sembrare contro intuitivo. Il metodo scientifico è del resto fondato su nozioni attendibili di osservazione, misura e ripetibilità. Un fatto, come stabilito da una misurazione, dovrebbe essere obiettivo, tale che tutti gli osservatori possano concordare con esso.

Ma in un articolo recentemente pubblicato su Progressi scientifici , mostriamo che nel micromondo degli atomi e delle particelle che è governato dalle strane regole della meccanica quantistica, due diversi osservatori hanno diritto ai propri fatti. In altre parole, secondo la nostra migliore teoria degli elementi costitutivi della natura stessa, i fatti possono effettivamente essere soggettivi.

Gli osservatori sono potenti attori nel mondo quantistico. Secondo la teoria, le particelle possono trovarsi in più punti o stati contemporaneamente:questa è chiamata sovrapposizione. Ma stranamente, questo è solo il caso quando non vengono osservati. Nel momento in cui osservi un sistema quantistico, sceglie una posizione o uno stato specifico, rompendo la sovrapposizione. Il fatto che la natura si comporti in questo modo è stato dimostrato più volte in laboratorio, ad esempio nel famoso esperimento della doppia fenditura (vedi video).

Nel 1961, il fisico Eugene Wigner ha proposto un esperimento mentale provocatorio. Si è chiesto cosa accadrebbe applicando la meccanica quantistica a un osservatore che viene a sua volta osservato. Immagina che un amico di Wigner lanci una moneta quantistica, che si trova in una sovrapposizione di entrambe le teste e le croci, all'interno di un laboratorio chiuso. Ogni volta che l'amico lancia la moneta, osservano un risultato definito. Possiamo dire che l'amico di Wigner stabilisce un dato di fatto:il risultato del lancio della moneta è sicuramente testa o croce.

Wigner non ha accesso a questo fatto dall'esterno, e secondo la meccanica quantistica, deve descrivere l'amico e la moneta per essere in una sovrapposizione di tutti i possibili esiti dell'esperimento. Questo perché sono "impigliati", collegati in modo spettrale in modo che se ne manipoli uno, manipoli anche l'altro. Wigner può ora in linea di principio verificare questa sovrapposizione utilizzando un cosiddetto "esperimento di interferenza", un tipo di misurazione quantistica che consente di svelare la sovrapposizione di un intero sistema, confermando che due oggetti sono impigliati.

Quando Wigner e l'amico si confrontano più tardi, l'amico insisterà che ha visto risultati definiti per ogni lancio di moneta. Wigner, però, non sarà d'accordo ogni volta che ha osservato amico e moneta in una sovrapposizione.

Questo presenta un enigma. La realtà percepita dall'amico non si concilia con la realtà esterna. Wigner all'inizio non considerava così un paradosso, sosteneva che sarebbe assurdo descrivere un osservatore cosciente come un oggetto quantistico. Però, in seguito si allontanò da questo punto di vista, e secondo i libri di testo formali sulla meccanica quantistica, la descrizione è perfettamente valida.

L'esperimento

Lo scenario è rimasto a lungo un interessante esperimento mentale. Ma rispecchia la realtà? Scientificamente, ci sono stati pochi progressi su questo fino a poco tempo fa, quando Časlav Brukner dell'Università di Vienna dimostrò che, sotto determinate ipotesi, L'idea di Wigner può essere utilizzata per dimostrare formalmente che le misurazioni nella meccanica quantistica sono soggettive per gli osservatori.

Brukner ha proposto un modo per testare questa nozione traducendo lo scenario dell'amico di Wigner in un quadro stabilito per la prima volta dal fisico John Bell nel 1964. Brukner ha considerato due coppie di Wigner e amici, in due scatole separate, condurre misurazioni su uno stato condiviso, all'interno e all'esterno della rispettiva scatola. I risultati possono essere riassunti per essere infine utilizzati per valutare una cosiddetta "disuguaglianza di Bell". Se questa disuguaglianza viene violata, gli osservatori potrebbero avere fatti alternativi.

Per la prima volta abbiamo eseguito sperimentalmente questo test presso l'Università Heriot-Watt di Edimburgo su un computer quantistico su piccola scala composto da tre coppie di fotoni entangled. La prima coppia di fotoni rappresenta le monete, e gli altri due sono usati per eseguire il lancio della moneta, misurando la polarizzazione dei fotoni, all'interno della rispettiva scatola. Fuori dalle due scatole, rimangono due fotoni per lato che possono anche essere misurati.

Nonostante l'utilizzo di tecnologie quantistiche all'avanguardia, ci sono volute settimane per raccogliere dati sufficienti da soli sei fotoni per generare statistiche sufficienti. Ma alla fine, siamo riusciti a dimostrare che la meccanica quantistica potrebbe effettivamente essere incompatibile con l'assunzione di fatti oggettivi:abbiamo violato la disuguaglianza!

La teoria, però, si basa su alcuni presupposti. Questi includono che i risultati della misurazione non sono influenzati da segnali che viaggiano al di sopra della velocità della luce e che gli osservatori sono liberi di scegliere quali misurazioni effettuare. Questo può essere o non essere il caso.

Un'altra questione importante è se i singoli fotoni possono essere considerati osservatori. Nella proposta teorica di Brukner, gli osservatori non devono essere coscienti, devono semplicemente essere in grado di stabilire i fatti sotto forma di un risultato di misurazione. Un rivelatore inanimato sarebbe quindi un valido osservatore. E la meccanica quantistica da manuale non ci dà motivo di credere che un rivelatore, che può essere ridotto a pochi atomi, non dovrebbe essere descritto come un oggetto quantistico proprio come un fotone. Potrebbe anche essere possibile che la meccanica quantistica standard non si applichi a grandi scale di lunghezza, ma il test è un problema separato.

Questo esperimento mostra quindi che, almeno per i modelli locali della meccanica quantistica, dobbiamo ripensare la nostra nozione di obiettività. I fatti che sperimentiamo nel nostro mondo macroscopico sembrano rimanere al sicuro, ma sorge una domanda importante su come le interpretazioni esistenti della meccanica quantistica possono accogliere fatti soggettivi.

Alcuni fisici vedono questi nuovi sviluppi come interpretazioni di sostegno che consentono più di un risultato per un'osservazione, per esempio l'esistenza di universi paralleli in cui si verifica ogni risultato. Altri lo vedono come una prova convincente per teorie intrinsecamente dipendenti dall'osservatore come il bayesianismo quantistico, in cui le azioni e le esperienze di un agente sono preoccupazioni centrali della teoria. Ma altri ancora lo considerano un forte indicatore del fatto che forse la meccanica quantistica si romperà al di sopra di determinate scale di complessità.

Chiaramente queste sono tutte domande profondamente filosofiche sulla natura fondamentale della realtà. Qualunque sia la risposta, ci attende un futuro interessante.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.