di Claudia E. Vanney
La fisica quantistica studia i fenomeni fisici su scala microscopica. Questi fenomeni sono molto lontani dalla portata della nostra osservazione. Il legame tra il formalismo matematico della fisica quantistica e i risultati sperimentali è poi assai indiretto.
Come se non bastasse, vari esperimenti che manifestano l’indeterminismo quantistico sfidano il senso comune. Ad esempio, gli elettroni si comportano a volte come onde e a volte come particelle.
A differenza di ciò che accade con la fisica di Newton, le proprietà dei sistemi quantistici (posizione, velocità, energia, tempo…) non sono tutte ben definite contemporaneamente.
I sistemi quantistici, inoltre, non sono caratterizzati dalle loro proprietà, ma da una funzione d’onda.
Ma cos’è la funzione d’onda? Si tratta di un oggetto matematico che contiene informazioni sugli stati possibili del sistema fisico e le rispettive probabilità.
Anche se le applicazioni tecnologiche della fisica quantistica sono molto numerose (lo sviluppo dell’elettronica, ad esempio, è dovuto ad essa), continua a presentare grandi sfide al momento della sua interpretazione.
Una delle difficoltà iniziali che ha incontrato la meccanica quantistica è stata lo spiegare cosa succede durante un processo di misurazione. In questo processo c’è un’interazione tra il sistema misurato e l’apparecchio di misurazione, ovvero non si deve considerare che il sistema sia isolato quando si sta misurando.
Ammettere che i fenomeni fisici sono reciprocamente interconnessi non significa però che dipendano intrinsecamente dalla mente o dalla coscienza dell’osservatore, come pretendono le interpretazioni idealiste.
Alcuni fisici, come Albert Einstein, si sono opposti all’indeterminismo della fisica quantistica e hanno sostenuto che questo non è un caratteristica della natura, ma una conseguenza della nostra ignoranza. A loro avviso, la meccanica quantistica è indeterminista perché non è ancora una teoria completa.
L’aspirazione di questi autori è trovare una nuova teoria che ricolleghi gli oggetti macroscopici con leggi deterministiche e non attraverso probabilità.
L’indeterminismo quantistico è dunque reale o solo apparente? Come abbiamo visto, per alcune interpretazioni della fisica quantistica l’indeterminismo quantistico è una proprietà intrinseca el mondo naturale (interpretazione di Copenhagen o interpretazioni modali).
Altre interpretazioni, invece, considerano l’indeterminismo solo apparente, una mera manifestazione della nostra ignoranza o delle limitazioni delle teorie attualmente in vigore (interpretazione di Bohm).
Un terzo gruppo sostiene che le teorie scientifiche – inclusa la fisica quantistica – non possano affermare né il determinismo né l’indeterminismo del mondo naturale (interpretazioni statistiche).
Le nozioni della fisica quantistica che sfidano il senso comune esprimono in modo manifesto la necessità di interpretare le teorie scientifiche in base a prospettive filosofiche metateoriche.
Sia il determinismo newtoniano che l’indeterminismo quantistico sono proprietà delle teorie fisiche, non della realtà. Anche se la fisica fornisce conoscenze valide della realtà, la filosofia della natura, nella sua analisi della casualità, ci insegna altre cose alle quali la scienza non ha accesso.
La fisica quantistica implica che non si possa parlare della realtà, ma di come questa ci appare? Non c’è una risposta unanime a questa domanda a partire dalla scienza.
Fino alla fine del XIX secolo, le teorie scientifiche sono state interpretate in chiave realista.
Per il realismo classico, i modelli concettuali della scienza sono repliche del mondo reale. I modelli scientifici aiutano quindi a comprendere la struttura dell’universo in modo diretto.
La fisica quantistica, però, ha messo fortemente alla prova questa convinzione. Chi si è aggrappato con forza al realismo classico ha sostenuto che la fisica quantistica non fornisce una descrizione completa dei sistemi atomici. Questi autori ritengono che la fisica quantistica sia una teoria incompleta e transitoria.
Per contropartita, all’inizio del secolo scorso hanno iniziato a sorgere anche visioni strumentalistiche della pratica scientifica.
Per lo strumentalismo, i modelli scientifici sono finzioni immaginative che si usano nella costruzione delle teorie e poi si scartano.
Gli atteggiamenti strumentalisti non si interrogano sulla corrispondenza tra le teorie scientifiche e la realtà. Per loro, la scienza non dice nulla su com’è il mondo in sé, ma pretende solo un dominio tecnologico.
Una posizione intermedia tra il realismo classico e lo strumentalismo si trova nel realismo critico.
Per quest’ultimo, le teorie scientifiche sono rappresentazioni limitate del mondo per come interagisce con noi, perché le varie situazioni sperimentali mostrano chiaramente che le teorie scientifiche si collegano a diversi aspetti del mondo reale.
Secondo il realismo critico, le teorie scientifiche aspirano principalmente a spiegare il mondo, non solo a controllarlo.
In sostanza, il mondo macroscopico della fisica newtoniana è radicalmente diverso dal mondo microscopico della fisica quantistica: quello macroscopico è deterministico, perché nella fisica di Newton le leggi inesorabili regolano il movimento di tutto il cosmo, di modo che se si conosce lo stato precedente si può predire il futuro.
La fisica quantistica, invece, ha introdotto l’aleatorietà nella predizione degli eventi che avvengono ai livelli atomico e subatomico.
La fisica quantistica ha rappresentato un’importante ampliamento della conoscenza scientifica, che offre nuove prospettive alla riflessione filosofica.
A differenza della fisica di Newton, la fisica quantistica suggerisce un futuro non chiuso, l’esistenza di eventi interconnessi e limitazioni nella conoscenza umana.
Le varie interpretazioni della meccanica quantistica hanno assunto la sfida di indagare su tali questioni partendo da argomentazioni scientifiche e filosofiche. Comprendere la fisica quantistica è una questione ancora aperta e che possiede numerose sfumature.
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Estratto di un articolo apparso sul volume “60 preguntas sobre ciencia y fe respondidas x 26 profesores de universidad”, della casa editrice Estella Maris
[Traduzione a cura di Roberta Sciamplicotti]