In Mito Quantico viene richiamato un esperimento che porta la firma di John Archibald Wheeler. Qui lo raccontiamo senza spoiler sul romanzo e senza formule: cosa propose, cosa hanno fatto davvero i laboratori, e soprattutto cosa non dimostra. Perché l'idea è sconvolgente e proprio per questo talora viene travisata.
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Il punto di partenza: l'esperimento della doppia fenditura
Nell'esperimento della doppia fenditura, lanciando una particella alla volta, dopo tanti tentativi, sullo schermo di rilevazione appaiono delle frange, come se si fosse in presenza di un'onda: è come se ciascuna particella fosse passata da entrambe le fessure. Se però si mette un rivelatore a controllare da quale fenditura passa, le frange spariscono e ogni particella sembra aver preso una strada sola. Onda o particella dipendono da come la si interroga. (Per una spiegazione più approfondita, c'è una pagina dedicata all'esperimento della doppia fenditura.)
Fin qui, la fisica dei quanti ordinaria. Wheeler ci aggiunse un dettaglio da giallista: il tempo.
L'idea di Wheeler (1978)
Immagina un interferometro: un fotone entra, incontra uno specchio semitrasparente (lascia passare metà della luce e ne riflette metà) e ha davanti due percorsi.
Alla fine del percorso ci sono due possibilità, e le scegli tu:
- Metti il secondo specchio semitrasparente. I due percorsi si ricongiungono, la luce interferisce e compaiono le frange: comportamento da onda.
- Lo togli. I due percorsi restano separati, ciascuno con il suo rivelatore. Ne scatta uno solo: il fotone sembra aver preso una strada sola. Comportamento da particella.
Il trucco di Wheeler: la scelta si fa dopo che il fotone è già entrato nel percorso e ha superato il primo specchio. In pratica, è come chiedere al fotone di decidere che strada fare prima di entrare nel percorso, anche se nessuno gli ha detto in tempo che sarà costretto a scegliere!
Wheeler lo disse a modo suo: è sbagliato attribuire al fotone una consistenza concreta lungo tutto il suo viaggio, dal punto di ingresso all'ultimo istante di volo. Del viaggio, in mezzo, non c'è nulla di definito da raccontare. Lo chiamava, con una delle sue immagini, il «grande drago fumoso»: si vede la coda (la sorgente) e la testa (il rivelatore), ma il corpo, in mezzo, è avvolto dal fumo.
Immaginò anche una versione su scala cosmica: la luce di un quasar lontano, deviata da una galassia che fa da lente gravitazionale, arriva sulla Terra da due strade. La scelta di come misurarla potrebbe essere fatta miliardi di anni dopo la partenza della luce. Un esperimento mentale, appunto.
Dal pensiero al laboratorio
Per decenni l'esperimento è rimasto sulla carta. Poi qualcuno lo ha costruito davvero!
- 2007, Jacques e colleghi (Science): un interferometro in cui il secondo specchio si trova a 48 metri dal primo e la configurazione viene scelta quando il fotone è già dentro. Risultato: onda o particella, secondo la scelta, come previsto dalla meccanica quantistica.
- 2015, Manning e colleghi (Nature Physics): lo stesso esperimento con un solo atomo di elio ultrafreddo al posto del fotone.
- 2017, Vedovato e colleghi (Science Advances): un interferometro lungo migliaia di chilometri tra un satellite e la Terra, con la scelta fatta mentre i fotoni stavano ancora viaggiando. Dietro c'è un gruppo italiano: l'Università di Padova, con l'Agenzia Spaziale Italiana e il suo osservatorio di Matera.
Ogni volta la natura ha dato ragione alla teoria, non a chi sperava in un paradosso.
Cosa non dimostra
Non cambia il passato. Nessun messaggio, nessun segnale torna indietro nel tempo. La scelta viene prima della rivelazione, e il risultato lo leggi dopo, a scelta già fatta: nulla viaggia all'indietro.
Non è «il pensiero cambia la realtà». La scelta è un'impostazione dell'apparecchio, non un atto mentale (lo abbiamo già visto parlando di sovrapposizione e osservatore).
Non dice che la luce «sapesse» il futuro. Dice che la domanda «da che strada è passato?» ha senso solo se l'apparecchio è predisposto per rispondere. Se non lo è, la domanda non ha una risposta già pronta.
La lettura più equilibrata è questa: ciò che hai il diritto di dire sul passato di un oggetto quantistico dipende dalla domanda che gli poni alla fine. Il passato non si riscrive. Si racconta in modi che non possono essere tutti veri insieme.
Qualche curiosità che (forse) non sai
Un maestro di Feynman. John Archibald Wheeler (1911-2008) fu il relatore di tesi di Richard Feynman. E fu lui a rendere popolare l'espressione «buco nero».
«Nessun fenomeno è un fenomeno finché non è un fenomeno osservato.» È una sua frase, e riassume l'intera faccenda. Osservato, qui, vale nel senso di registrato, non di guardato da una persona.
Un esperimento in tre scale. Dal banco ottico al satellite, passando per un singolo atomo: stesso esito. Di solito, quando un risultato sopravvive a un cambio di scala così, smette di essere una stranezza e diventa una regola.
Il giallo è ancora aperto. Cosa sia davvero una «misura» è il problema di cui parliamo da un secolo (se ti interessa, su questo sito trovi una pagina dedicata a sovrapposizione e osservatore): le interpretazioni sono diverse e le previsioni coincidono.
Perché sta in Mito Quantico? Non posso dirtelo (odio lo spoileraggio!) però concorderai che in un'indagine, come in un laboratorio, la ricostruzione del passato dipende da quale domanda fai per ultima. Il passato non cambia, ma a verbale ne resta una versione sola, e dipende da chi interroga e da come. Nelle particelle come nelle persone.
Per approfondire
- Wheeler's delayed-choice experiment — Wikipedia (in inglese).
- Experimental Realization of Wheeler's Delayed-Choice Gedanken Experiment — V. Jacques et al., Science (2007).
- Wheeler's delayed-choice gedanken experiment with a single atom — A. G. Manning et al., Nature Physics (2015).
- Extending Wheeler's delayed-choice experiment to Space — F. Vedovato et al., Science Advances (2017); versione ad accesso libero.
- La scheda del gruppo QuantumFuture dell'Università di Padova sull'esperimento.
- Onda o particella? La doppia fenditura · Sovrapposizione e osservatore · Il gatto di Schrödinger · L'esperimento EPR
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