La meccanica quantistica è una delle pietre miliari della fisica moderna e il punto di vista radicalmente nuovo che ha introdotto, con una descrizione sorprendente e altamente controintuitiva del mondo subatomico, non solo ha dato nuova forma alla fisica ma ha anche favorito importanti avanzamenti in matematica e ha notevolmente influenzato il pensiero filosofico relativo alle scienze naturali e oltre. Nella seconda parte del 20° secolo la tecnologia e l’economia sono state completamente dominate dalla meccanica quantistica, che è stata la chiave per lo sviluppo dei computer e per l’avvento dell’era digitale. Il cammino verso i confini della nostra conoscenza del mondo subatomico, ha anche portato allo sviluppo dei più grandi esperimenti mai realizzati dall’uomo, come il Large Hadron Collider (LHC) al Cern di Ginevra che rappresenta anche una delle più grandi imprese collaborative multiculturali della storia umana, una infrastruttura di ricerca che nel suo microcosmo è l’immagine pienamente realizzata del mondo globale, cooperativo e della unità dell’Europa.
Nei giorni scorsi è stato messo online il sesto numero di Euresis Journal, che ha come tema proprio “La meccanica quantistica e la natura della realtà fisica”. È il primo numero non direttamente collegato a un San Marino Symposium: benché l’esperienza dei Symposia sia stata il fattore trainante dell’iniziativa dell’Euresis Journal, fin dall’inizio si era pensato di programmare dei numeri “indipendenti”, con l’intento di espandere l’esperienza del dialogo interdisciplinate avviata a San Marino. Pur essendo consapevoli degli straordinari aspetti umani e scientifici che emergono dalla scoperta della natura del mondo subatomico, abbiamo comunque deciso di indirizzare questo numero a una rassegna dei fondamenti della meccanica quantistica così come sono compresi oggi, dove ancora ci sono novità da scoprire e nuove idee da esplorare e dibattere dai ricercatori. Di fronte ai sistemi e agli oggetti del mondo quantico, ci si accorge subito che la natura della realtà è un’immagine “sfuggente”, continuamente inafferrabile, e che i modelli e le idee precedenti devono lasciare presto il posto a un mare di domande che scavano sempre più a fondo nella struttura delle cose.
La natura della realtà fisica viene percepita dai ricercatori come un “misterioso altro” e come tale importa poco quanto grande sia stato il salto conoscitivo rappresentato dalle scoperte più recenti: la comprensione rimane sfuggente. Gli articoli di questo numero offrono una visione degli attuali confini della conoscenza in meccanica quantistica e danno un’idea dell’impatto che possono avere sull’immagine del mondo ancora da delineare. La meccanica quantistica fin dalle sue origini nei primi anni 20 del secolo scorso ha coinvolto questioni filosofiche fondamentali tuttora non risolte e dalle quali dipende la concezione ultima della teoria.
“La natura è ultimamente deterministica oppure c’è una componente casuale intrinseca nel modo di funzionare delle cose? Il ruolo della casualità nella meccanica quantistica è una linea di ricerca attiva, sia a livello teorico che sperimentale, ma in che termini dobbiamo intenderla? La casualità quantistica è diversa dal nostro concetto classico di comportamento casuale, per esempio nel lancio di una moneta? Qui in realtà il risultato è deterministico, ma ci sono troppo fattori implicati nel processo che in pratica impediscono di prevedere il risultato. Antonio Acín nel suo contributo esplora questo punto e conclude speculativamente che, benché ancora non completamente capita, la casualità in meccanica quantistica potrebbe benissimo non dipendere dalla semplice mancanza di conoscenze sul sistema o dagli effetti della cosiddetta “teoria delle variabili nascoste” ma potrebbe essere direttamente collegata al libero arbitrio degli stessi osservatori.
In realtà, il carattere casuale intrinseco della meccanica quantistica rappresenta un vaso di Pandora nel dibattito filosofico. Molti dei processi cerebrali avvengono a livello atomico-molecolare; quali sono allora le implicazioni dei fenomeni quantistici sul nostro modi di pensare e agire? O, più specificamente, quali sono le implicazioni della casualità dei sistemi quantistici per la mente umana e, più estesamente, sul libero arbitrio umano? Secondo José Ignacio Latorre, l’idea di “volontà quantistica” dovrebbe essere considerata con attenzione, dato che la casualità non coinvolge necessariamente la volontà; secondo lui l’argomento richiede una solido approfondimento sperimentale. Come si può vedere, alcuni aspetti della meccanica quantistica – dei quali la casualità e la nozione di casualità nel mondo subatomico sono due esempi centrali – sono così complessi che alcuni fisici se chiedono se ciò non sia un segno che la teoria non è ancora completa. La sua finora apparente incompatibilità con la teoria della relatività di Einstein resta, ad esempio, una delle sfide da affrontare in questo dibattito, alla ricerca di una più profonda teoria fisica unificata. Di fronte al recente impatto della fisica della particelle e alle scoperte fatte al Cern, in particolare la conferma lo scorso anno del meccanismo di Higgs con l’acceleratore LHC, la seconda parte di questo numero è dedicata alla meccanica quantistica alle alte energie. Lucio Rossi, uno dei principali fisici sperimentali del Cern, esamina lo sviluppo storico dei grandi acceleratori di particelle, che sono diventati la “scatola degli attrezzi” dei fisici per esplorare le fisica fondamentale.
Ma il mondo quantistico alle alte energie è interessante per se stesso. Molti dei delicati argomenti interpretativi della meccanica quantistica non sembrano emergere quando si considerano i fenomeni alle alte energie, come negli acceleratori. In realtà, alla alte energie la teoria diventa molto più chiara da descrivere ed essenzialmente senza necessità di interpretazione. Cosa ci insegni questo, quando ci rivolgiamo alla meno chiara situazione delle basse energie e alla sua complessa fenomenologia, è il tema trattato da Stefano Forte.
Il celebre matematico e filosofo inglese Alfred Whitehead osservava che nessuno dei principali concetti fisici è rimasto immutato o almeno non sfidato dalla meccanica quantistica. Tale profonda rivoluzione nelle scienze naturali, come ci è testimoniato dai fisici del primo Novecento, può essere paragonata solo alla caduta dell’eliocentrismo all’inizio dell’epoca moderna; tuttavia, il carattere sorprendente della quantistica e la radicale novità delle sue inaspettate proprietà sono qualcosa di mai visto prima nel mondo fisico; tanto che la sola certezza che abbiamo circa la sua portata veritativa non riguarda tanto la sua comprensione, che in molti punti resta limitata, quanto il fatto che in pratica funziona. Così, John Polkinghorne nel suo articolo conclusivo del volume può suggerire che questa imprevista forma di razionalità introdotta dalla meccanica quantistica è il più grande insegnamento che la teoria può darci: nel mostrarci cioè che non sta a noi prestabilire le caratteristiche di una spiegazione accettabile della natura della realtà fisica.
