Il suicidio quantistico

Durante la partita a carte, Simon e Lloyd discutono sul destino dal punto di vista scientifico. Simon dice "Sarebbe un suicidio quantistico"...ma cosa vuol dire?
Per fortuna c'è Wikipedia!

Nella meccanica quantistica, il suicidio quantistico è un esperimento mentale. Fu proposto in maniera indipendente da Hans Moravec nel 1987 e da Bruno Marchal nel 1988, venne poi ripreso e sviluppato da Max Tegmark nel 1998. L'esperimento cerca di distinguere l'interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica e quella a molti mondi di Everett attraverso una variazione dell'esperimento del gatto congetturato da Schrödinger. Consiste in pratica nell'esaminare l'esperimento del gatto di Schrödinger dal punto di vista del gatto.

L'immortalità quantica è una speculazione metafisica derivante dal suddetto esperimento secondo la quale l'interpretazione multi-mondo della meccanica quantistica implica l'immortalità degli esseri autocoscienti.

Spiegazione dell'esperimento

Un ricercatore si siede di fronte a una pistola carica, il grilletto della quale è azionato oppure no a seconda del decadimento di alcuni atomi radioattivi.

Prove ripetute dell'esperimento

In ciascuna prova dell'esperimento esiste una possibilità del 50 % che la pistola faccia fuoco e che il ricercatore muoia. In accordo con l'interpretazione di Copenhagen, la pistola sparerà e il ricercatore verrà ucciso. Se invece è valida l'interpretazione multi-mondo della meccanica quantistica, allora ad ogni prova dell'esperimento il ricercatore sarà sdoppiato in un mondo in cui continua a vivere ed uno in cui muore. Dopo una serie di prove esisteranno molti mondi e in quelli in cui il ricercatore muore egli cesserà effettivamente di esistere.

Il punto di vista del ricercatore

Tuttavia, dal punto di vista delle copie non-morte del ricercatore, l'esperimento continuerà ad oltranza senza che egli ne rimanga ucciso dal momento che a ogni biforcazione sarà in grado di osservare il risultato della prova soltanto nel mondo in cui sarà sopravvissuto ad essa e, se la teoria quantistica multi-mondo è corretta, le copie sopravvissute del ricercatore noteranno l'impossibilità di rimanere uccisi nell'esperimento e proveranno a loro stesse di essere "soggettivamente invulnerabili".

Bomba atomica

Un altro esempio è quello in cui il ricercatore si fa esplodere accanto una bomba nucleare. Sebbene in quasi tutti i multi-mondi possibili l'esplosione nucleare ridurrà in polvere lo sperimentatore, esisterà comunque una piccolo numero di universi alternativi nel quale egli riesce in qualche modo a sopravvivere (ad esempio a causa di un guasto tecnico oppure a qualche scenario "miracoloso"). Per quanto pochi potranno essere i mondi nei quali lo sperimentatore rimane in vita, ne esisterà sempre e comunque qualcuno.

Immortalità quantistica

L'idea dietro all'immortalità quantistica è che lo sperimentare rimarrà vivo e in grado di esperire almeno uno tra gli universi nei quali persiste.

Assunti da fare e controversie

Coloro che sostengono questa teoria chiariscono che sebbene essa sia altamente speculativa, non viola nessuna legge fisica conosciuta; perché funzioni è comunque necessario che:

1) L'interpretazione multi-mondo della meccanica quantistica (MWI) sia corretta.
2) Tutti gli scenari nei quali lo sperimentatore (o un'altra entità oggetto dello stesso esperimento) muore contengano comunque un numero qualsivoglia piccolo di sotto-scenari nei quali continua a vivere.
3) Non morire un certo numero finito di volte equivalga ad immortalità.
4) La coscienza e l'abilità di osservare cessino permanentemente al fuoco della pistola.

Spiegazione

Se l'interpretazione multi-mondo della MQ è corretta, il numero delle copie sopravvissute dello sperimentatore diminuirà del 50 % ad ogni prova pur senza mai giungere a zero.

Se ho capito bene, secondo l'interpretazione multi-mondo della meccanica quantistica, il suicidio quantistico consiste in questo: si fanno degli esperimenti, a livello teorico ovviamente, in cui, per esempio, si prende una pistola che ha il 50% di possibilità di sparare e il 50% di possibilità di non sparare. Se il ricercatore viene colpito si sdoppia in due mondi: uno in cui continua a vivere e uno in cui è morto. Se continua a provare i mondi si moltiplicano sempre di più.
L'immortalità si ha perchè ci sarà sempre un mondo in cui lo sperimentatore non sarà morto.

Allora cosa intendeva dire Simon? Riprendiamo il dialogo:

Giocatore: Avete letto di quell'indice di inevitabilità che è su tutti i giornali?
Simon: E' una fregatura. Il tentativo di qualche imprenditore imbroglione di convincerci che le probabilità che il futuro si avveri possano essere calcolate.
Giocatore: Sono tutte stupidaggini.
Simon: Il destino è il destino. Non ne siamo responsabili Lloyd.
Lloyd: E il libero arbitrio?
Simon: Non esiste niente del genere.
Lloyd: Oh, e da quando sei diventato un determinista assoluto?
Simon: Semplice teoria del suicidio quantistico. Vincerò questa mano e tutte quelle successive.Ad infinitum. Q.V.D. (come volevasi dimostrare, ndr.)
Lloyd: Non ti stanchi mai di sentirti pontificare?
Simon: Non ti stanchi mai di essere un tale moralista presuntuoso? Siamo scienziati, Lloyd, non concorrenti di un reality show affamati di attenzione in cerca dei loro 15 minuti di notorietà in un talk show.
[...]
Simon: Vedi? Lo sapevo che stavi bluffando. Per tutto il tempo. Sai perchè? perchè non esiste una cosa come la fortuna, o il destino, o "grazie a dio non è successo a me". Questa partita è inutile. Ho già vinto. Il futuro è già successo. Opporsi è inutile.

Intendeva forse che per ogni mondo in cui lui perde la partita se ne crea un altro in cui la vince? Ed è per questo che vince sempre?
E cosa intende dire con "il destino non esiste, il futuro è già successo e opporsi è inutile"? Non vi sembra una contraddizione? Se opporsi è inutile significa che il destino è segnato, no?
E poi prima dice che "Il destino è il destino. Noi non siamo responsabili", dunque il destino esiste o no, caro Simon?

In ogni caso, hai perso! E ora Simcoe si rivelerà al mondo...sempre che non mandi qualcuno a fermarlo/ucciderlo...

Dato che l'esperimento del suicidio quantistico cerca di distinguere l'interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica (cioè quella classica e maggiormente studiata) e quella a molti mondi di Everett, vediamo cos'è l'interpretazione a molti mondi.

Interpretazione a molti mondi

L'interpretazione a molti mondi (abbreviata spesso in MWI, dall'inglese Many Worlds Interpretation) è una delle strade nate per dare una spiegazione al significato ultimo della meccanica quantistica. L'interpretazione in questione ha visto la luce nel 1957 ad opera del fisico Hugh Everett III e da allora ha incontrato momenti di forte risonanza, così come momenti di totale oblio. Va detto che fino a non molto tempo fa (e per certi aspetti ancora oggi) questa idea era bollata dai più dal marchio del "troppo assurda per essere vera". Basta pensare, ad esempio, che nella maggior parte dei testi di base alla meccanica quantistica questo argomento non è neppure sfiorato, per di più presentando l'interpretazione "classica" - detta solitamente interpretazione di Copenhagen - come se fosse l'unica e sola possibile.

Il collasso dello stato quantistico

Negli anni '20 a coloro che si possono a buon merito definire i pionieri della teoria quantistica, si presentava un dilemma tutt'altro che banale: se davvero ogni sistema fisico è completamente determinato da un vettore in uno spazio di Hilbert (e questo è il postulato di base della Meccanica Quantistica), allora anche combinazioni lineari di vettori sono "buoni" stati per un sistema; questo non è altro che il principio di sovrapposizione, che è lungi dall'essere messo in discussione, data l'enorme mole di riscontri sperimentali che ha avuto nel corso dei decenni.

Tuttavia, se è valido questo principio allora perché in natura si osservano solo stati definiti e mai strane combinazioni di stati? Fu lo stesso Schrödinger che per primo espresse il problema: se oggetti microscopici come elettroni possono stare in combinazione di diversi stati perché non dovrebbe essere così anche per quelli macroscopici? Dopotutto basta pensare ad un qualsiasi evento "puramente quantistico", ad esempio il decadimento di uno stato metastabile, che ne influenzi uno "classico" come la morte o meno di un gatto. Il celebre esperimento mentale del gatto di Schrödinger ci pone davanti agli occhi il problema in tutta la sua ovvietà.

La "ricetta" per uscire da questa empasse è l'interpretazione di Copenhagen: la misura, l'atto dell'osservatore "rompe" l'evoluzione dinamica quantistica (guidata dall'equazione di Schrödinger) e causa il collasso dello stato quantistico: l'osservatore vedrà uno stato definito per il sistema (il gatto vivo o morto) e non una combinazione di stati perché la misura ha proiettato il sistema in uno stato specifico. Quale sia lo stato in cui il sistema collassa è noto solo probabilisticamente, secondo quanto suggerito per primo da Max Born. Una volta aggiunto questo postulato, si elimina il problema del perché la natura "sembri classica".

Fin qui nulla di nuovo dato che quella che si è brevemente descritta è l'interpretazione "ortodossa".

L'interpretazione di Everett

L'idea di Everett parte da una premessa davvero semplice: in effetti si tratta semplicemente di rimuovere il postulato del collasso quantistico. Quello che potremmo chiamare il postulato di Everett (anche se in realtà è più un non-postulato) si può enunciare banalmente: tutti i sistemi isolati evolvono secondo l'equazione di Schrödinger.

Questo postulato riproduce esattamente le stesse previsioni, per un'operazione di misura, dell'interpretazione di Copenhagen. Vediamone un esempio.

Supponiamo di dover eseguire una misura di spin per un sistema fisico con spin 1 / 2 e denotiamo con e le proiezioni dello spin sull'asse z. Ipotizziamo di essere contenti se troviamo spin up e tristi se invece misuriamo spin down: possiamo quindi denotare con

gli stati in cui abbiamo misurato spin up, spin down e prima della misura, rispettivamente. Lo stato iniziale del sistema sarà in generale una combinazione del tipo

(dove α,β sono in generale numeri complessi), mentre l'effetto dell'osservazione sul sistema deve essere implementato da un operatore unitario di evoluzione, precisamente con

τ tempo caratteristico di risposta del sistema e H è la funzione di Hamilton dell'insieme sistema-osservatore. Da quanto detto si deve dedurre

e quindi anche, secondo l'idea di Everett:

cioè lo stato risultante è una combinazione di noi contenti per aver trovato spin up e di noi tristi per aver trovato spin down.

Ciò sta a significare che dopo la misura ci saranno due osservatori: uno che ha percepito lo spin up e l'altro che ha percepito lo spin down. Cioè la funzione d'onda universale conterebbe un'enorme serie di ramificazioni in diverse "realtà percepite" che sono state chiamate appunto Molti Mondi. È questa conseguenza dell'interpretazione di Everett che ha causato il forte scetticismo della comunità scientifica nei confronti della MWI.

Tuttavia va ammesso che, una volta digerito lo stupore che inizialmente si prova di fronte alle conseguenze della MWI, la teoria è senza dubbio di un'eleganza e semplicità sorprendenti. È opportuno sottolineare che l'interpretazione di Everett riproduce esattamente le stesse previsioni di quella ortodossa. Il probabilismo intrinseco nella prescrizione di Born e della scuola di Copenhagen (il "Dio che gioca a dadi" di Einstein) viene rimpiazzato da un comportamento che apparentemente è probabilistico, ma intrinsecamente è perfettamente deterministico: ogni osservatore dopo una misura è ignaro dei suoi alter ego e di quello che hanno percepito: dal suo punto di vista la Natura è casuale. Dal punto di vista esteriore invece - cioè da un punto di vista che prescinde dall'osservatore medesimo - prima della misura si è perfettamente in grado di dire quel che accadrà, semplicemente applicando l'evoluzione alla Schrödinger.

Punti non chiari

Evidentemente la faccenda non è esaurita qui, in effetti viene naturale chiedersi perché in Natura si osservino sempre macrostati che sono autostati dell'operatore posizione o impulso e non invece autostati di altri operatori. Questo è un problema serio della teoria quantistica, che in realtà non è peculiare della sola MWI, ma è di più ampio respiro. Solo recentemente si è trovato che esiste un meccanismo noto come decoerenza quantistica, che sembra dare una risposta netta ed elegante alla questione.

Ma questo non è l'unico "intoppo". Ad esempio si è detto che la MWI è una teoria deterministica al contrario della meccanica quantistica "ortodossa". Questo è tecnicamente esatto, ma se lo si analizza più da vicino si comprende che, in fin dei conti, non cambia nulla: la MWI è deterministica solo dal punto di vista della funzione d'onda universale, ossia per un ipotetico osservatore che potesse seguire l'evoluzione di tutti i mondi; per un osservatore reale però la teoria ha la stessa indeterminazione a cui ci ha abituati la Meccanica quantistica. Tuttavia a questa osservazione si può rispondere che le due indeterminazioni non sono proprio uguali: quella dell'interpretazione di Copenhagen è ontologica essendo parte stessa della natura, quella dell'interpretazione a molti mondi è invece solo gnoseologica, poiché è un'indeterminazione solo ciò che noi sappiamo.

Un altro problema piuttosto evidente è che l'interpretazione non risponde alla domanda importante sul meccanismo fisico secondo il quale i mondi si diramerebbero, e neppure spiega come questo possa essere in accordo con principi altamente condivisi come la conservazione dell'energia ecc...

Ci sono inoltre numerosi altri "problemi tecnici" e anche di natura più "filosofica" che rendono questa interpretazione (come tutte le altre) non universalmente accettata dalla comunità scientifica.


Tutto chiaro, no?!? Ora, come applichiamo queste belle nozioncine al black out con relativo flash forward globale?

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Articolo di Simona LaFleur