La teoria della meccanica quantistica è ben supportata da esperimenti. Ora, però, un esperimento mentale dei fisici dell'ETH produce contraddizioni inaspettate. Questi risultati sollevano alcune domande fondamentali e stanno polarizzando gli esperti.

Probabilmente non esiste un'altra teoria scientifica così supportata quanto la meccanica quantistica. Da quasi 100 anni ormai, è stato più volte confermato con esperimenti di estrema precisione, eppure i fisici non sono ancora del tutto contenti. Sebbene la meccanica quantistica descriva gli eventi a livello microscopico in modo molto accurato, si scontra con i suoi limiti con oggetti più grandi, specialmente oggetti per i quali la forza di gravità gioca un ruolo. La meccanica quantistica non può descrivere il comportamento dei pianeti, ad esempio, che rimane il dominio della Teoria della Relatività Generale. Questa teoria, a sua volta, non può descrivere correttamente i processi su piccola scala. Molti fisici quindi sognano di combinare la meccanica quantistica con la relatività per formare una visione del mondo coerente.

Verso oggetti più grandi

Sebbene entrambe le teorie descrivano i processi fisici nei loro domini in modo molto accurato, differiscono notevolmente. Come possono essere combinati? Una possibilità è condurre esperimenti di fisica quantistica con oggetti sempre più grandi nella speranza che alla fine appaiano discrepanze che indichino possibili soluzioni. Ma i fisici devono lavorare entro limiti ristretti. Il famoso esperimento della doppia fenditura, ad esempio, che può essere usato per mostrare che le particelle solide si comportano simultaneamente come onde, non può essere eseguita con oggetti di uso quotidiano.

Esperimenti di pensiero, d'altra parte, può essere utilizzato per trascendere i confini del mondo macroscopico. Renato Ren, professore di fisica teorica, e la sua ex studentessa di dottorato Daniela Frauchiger hanno condotto un simile esperimento mentale in una pubblicazione in Comunicazioni sulla natura . In parole povere, nel loro esperimento mentale, i due considerano un ipotetico fisico che esamina un oggetto della meccanica quantistica e quindi usano la meccanica quantistica per calcolare ciò che quel fisico osserverà. Secondo la nostra attuale visione del mondo, questa osservazione indiretta dovrebbe produrre lo stesso risultato dell'osservazione diretta, eppure i calcoli della coppia mostrano che non è così. La previsione su ciò che il fisico osserverà è esattamente l'opposto di ciò che verrebbe misurato direttamente, creando una situazione paradossale.

Nessuna soluzione semplice

Sebbene l'esperimento mentale venga pubblicato ufficialmente solo ora su una rivista scientifica, è già diventato un argomento di discussione tra gli esperti. Poiché il processo di pubblicazione è stato ripetutamente ritardato, altre pubblicazioni stanno già affrontando i risultati, una situazione di per sé paradossale, Note di Renner.

La reazione iniziale più comune dei suoi colleghi sul campo è mettere in discussione i calcoli, Renner dice, ma così lontano, nessuno è riuscito a smentirli. Un recensore ha ammesso di aver nel frattempo fatto cinque tentativi per trovare un errore nei calcoli, senza successo. Altri colleghi hanno presentato spiegazioni concrete su come risolvere il paradosso. A un esame più attento, anche se, si sono sempre rivelate soluzioni ad hoc che in realtà non risolvono il problema.

Conclusioni sconcertanti

Renner trova notevole che la questione evidentemente polarizza le persone. È stato sorpreso di notare che alcuni dei suoi colleghi hanno reagito in modo molto emotivo alle sue scoperte, probabilmente a causa del fatto che le due ovvie conclusioni delle scoperte di Renner e Frauchiger sono ugualmente sconcertanti. L'unica spiegazione è che la meccanica quantistica apparentemente non lo è, come si pensava in precedenza, universalmente applicabile e quindi non applicabile a oggetti di grandi dimensioni. Ma come è possibile che una teoria sia inconsistente quando è stata ripetutamente confermata così chiaramente da esperimenti? L'altra spiegazione è che la fisica, come la politica, soffre di una mancanza di fatti chiari, e che ci sono altre possibilità oltre a ciò che riteniamo essere vero.

Renner ha difficoltà con entrambe queste interpretazioni. Crede piuttosto che il paradosso si risolverà in qualche altro modo:"Quando guardiamo indietro alla storia, in momenti come questo, la soluzione spesso veniva da una direzione inaspettata, " spiega. La Teoria della Relatività Generale, ad esempio, che risolveva le contraddizioni della fisica newtoniana, si basa sulla consapevolezza che il concetto di tempo come era comunemente inteso allora era sbagliato.

"Il nostro compito ora è esaminare se il nostro esperimento mentale presuppone cose che non dovrebbero essere assunte in quella forma, " dice Renner. "E chi lo sa, forse dovremo anche rivedere ancora una volta il nostro concetto di spazio e tempo." Per Renner, sarebbe sicuramente un'opzione allettante:"Solo quando ripensiamo radicalmente le teorie esistenti otteniamo intuizioni più profonde su come funziona davvero la natura".