Prove sperimentali del fenomeno dell’Entanglement

In questo post parlo di come il fenomeno dell’Entanglement sia stato misurato sperimentalmente da vari scienziati: trovo veramente che tutto questo sia realmente interessante (non so voi ) anche considerato le ultime scoperte effettuate dal CERN di Ginevra sui neutrini e sulla loro presunta velocità superiore a quella della luce!

So take a ride with it and let me know!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’esistenza dell’entanglement non è da ricercarsi solamente nell’esperimento precedente che si contraddistingue per la sua natura “mentale”.

Già l’esperimento della doppia fenditura (testato negli anni ‘70/’80) dava prova sperimentale dell’esistenza del fenomeno.

Tuttavia, ed ovviamente, nel tempo vennero effettuati altri esperimenti non minori per importanza, nei quali l’entanglement veniva letteralmente dimostrato come tuttavia era postulato nell’esperimento “EPR”.

Fra questi esperimenti vanno citati quello dei fisici statunitensi Chien-Shiung-Wu e Irving Shaknov del 1949, quello del fisico israeliano Yakir Aharonov e David Bohm del 1959. Ma il più sofisticato fra tutti questi esperimenti fu sicuramente quello eseguito dal fisico sperimentale francese Alain Aspect nel 1982.

Utilizzando un fascio di atomi di calcio come sorgente di fotoni entangled eccitandoli con un laser lo sperimentatore imponeva ad un elettrone di ogni atomo di saltare di due livelli energetici oltre il suo stato fondamentale. Una volta disceso di due livelli energetici l’elettrone stesso emetteva talvolta una coppia di fotoni in stato di entanglement i quali venivano poi separati e lanciati in direzioni opposte verso rivelatori lontani fra di loro. Tali rivelatori servivano a verificare come si comportavano i fotoni nel momento in cui nella traiettoria di uno di loro veniva introdotto a caso una specie di filtro che ne modificava la direzione.

Dal test emerse che quando un fotone deviava dalla sua traiettoria, istantaneamente anche l’altro effettuava una deviazione sebbene stesse viaggiando in direzione opposta.

Con questo esperimento venne dimostrato in maniera inequivocabile l’esistenza di un meccanismo non-locale di influenza istantanea fra due particelle, ossia dell’entanglement.

In un esperimento condotto nel 1997 dal fisico svizzero Nicolas Gisin, una versione dell’esperimento di Aspect, i rivelatori ai quali accennavamo prima vennero addirittura situati a undici chilometri di distanza l’uno dall’altro eliminando così anche l’effetto di decoerenza ossia quel fenomeno che investe le particelle subatomiche distruggendo i legami quantistici una volta che esse hanno interagito con l’ambiente.

Ricordiamo che per “coerenza quantica” si intende la capacità di due onde quantiche di “interagire tra loro” secondo  l’ entanglement; di conseguenza per decoerenza intendiamo la perdita di questa capacità di interazione.

 

 

-Il fenomeno dell’ “Entanglement”

Ebbene un altro tassello: l’Entanglement è uno dei fenomeni (a mio avviso) più affascinanti della fisica Quantica.

Insomma attraversiamo le soglie dello spazio e del tempo…

Devo aggiungere altro?

Check!!!

Entanglement  è una parola inglese che in italiano significa “intreccio”, e che contestualizzata nel campo della fisica equivale ad “interazione istantanea tra particelle”.

Tale fenomeno costituisce uno dei più sconcertanti enigmi della fisica moderna in quanto postula la connessione istantanea e non-locale delle particelle sub-atomiche.

Come ben rappresentato nell’esperimento della doppia fenditura, gli sdoppiamenti del singolo fotone sono “intrecciati tra loro” nello spazio e nel tempo: secondo l’elegante teoria elaborata dal fisico teorico britannico David Bohm (1980) il fotone verrebbe informato “non-localmente” ed “istantaneamente” (ossia in maniera totalmente indipendente dallo spazio e dal tempo) da un “potenziale quantico”  il quale funzionerebbe come vero e proprio strumento di guida della particella.

Alla luce di tali risultati diviene chiaro che nel regno delle particelle elementari, le quali rappresentano propriamente la porzione di realtà presa in esame della fisica quantistica, viene violato proprio il principio di causalità e questo a causa di singolari effetti di sovrapposizione della particella i quali non sono altro che la causa del principio d’indeterminazione di Heisenberg.

Nel caso della doppia fenditura dunque quello che sconcerta maggiormente è il fatto che il fotone sembra aver attraversato entrambe le fenditure “simultaneamente” a causa appunto del fenomeno dell’ “Entanglement”.

Dunque l’esperimento della doppia fenditura, nato in seno alla meccanica quantistica, dimostra  che un fotone si comporta come particella se viene chiusa una delle due fenditure e si comporta invece come onda nel momento in cui tale particella passa tra le due fenditure contemporaneamente interferendo con se stessa: entrambe le descrizioni date del fotone, ossia quella di onda e quella di particella, sono comunque valide.

Ancora importante da sottolineare è che dal tipo di esperimento che utilizziamo siamo in grado di discernere la natura particellare o ondulatoria di un dato fotone, e che se non effettuiamo misure di alcun genere la luce esiste come entrambe le cose simultaneamente.

L’esperimento della doppia fenditura:

… Ed eccoci entrare all’interno di quel mondo controintuitivo rappresentato dalle scoperte della fisica quantica…(ancora tratto dalla mia tesi)

this is where the fun begins…

Uno degli esperimenti che sono risultati paradigmatici per quanto riguarda la Fisica dei Quanti è senza dubbio l’ esperimento della doppia fenditura.

Tale esperimento viene riportato in moltissime pubblicazioni che vogliono cercare di collegare la nuova concezione della Fisica con discipline come Filosofia o la Psicologia: il significato di questi atteggiamenti risulterà chiaro dopo la sua descrizione.

Un piccolo fascio di luce monocromatico viene proiettato su di uno schermo nero che ha due piccole fenditure, ciascuna di larghezza maggiore o uguale  alla lunghezza d’onda della radiazione  e con distanza tra di esse  molto più grande.

Dietro lo schermo è posta una lastra fotografica che registra l’incidenza della luce.

Tale esperimento può essere descritto in due modi:

a)      dal punto di vista della teoria ondulatoria della luce, secondo la quale l’onda penetrerà  attraverso entrambe le fenditure, producendo due tracce caratteristiche sulla lastra fotografica;

b)      dal punto di vista della teoria quantistica, secondo la quale il quanto di radiazione (fotone) potrà passare attraverso la prima oppure attraverso la seconda fenditura.

Ed è qui che il comportamento del fotone risulta sconcertante poiché esso passa per entrambe le fenditure simultaneamente, creando delle frange d’interferenza dovute al fatto che il fotone interferisce con se stesso.

La cosa stupefacente è il fatto che le frange d’interferenza si formino sebbene costituite da un singolo fotone, come se questo venisse a trovarsi in due posti contemporaneamente.

Tutto ciò si scontra con il senso comune e con ciò che si ritiene di conoscere sulla realtà quotidiana, sostituendo il principio di causalità con un principio di sincronicità.

Ma il fenomeno dell’interferenza viene a scomparire se lo sperimentatore pone dietro una delle due fenditure un apparecchio di rilevazione, allo scopo di capire attraverso quale fenditura passi “realmente” il fotone: le frange d’interferenza spariscono; esse compaiono solo se il cammino reale del fotone rimane sconosciuto.

Ciò sembra indicare che lo sperimentatore-osservatore “interagisca” con la particella.  Per citare Heisenberg (op. cit.):

“ora, si tratta di un risultato molto strano (quello dell’esperimento della doppia fenditura), giacchè sembra indicare che l’osservazione gioca un ruolo decisivo nell’evento e che la realtà varia a seconda che noi la osserviamo o no”

L’interpretazione di Copenaghen

Eccovi un’altro pezzo della mia tesi: siamo ancora agli inizi e ancora stiamo parlando di come si giunse alla concettualizzazione della fisica Quantica!

E già che ci siamo volevo segnalarvi che sul numero di agosto de “Le Scienze” è apparso un interessantissimo articolo di Vlatko Vedral intitolato “Vivere in un mondo quantistico“… eccovi il link

http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Vivere_in_un_mondo_quantistico/1348771

dateci un occhio… e buona lettura!!!

 

-L’enunciazione più esauriente della  teoria  dei Quanti si ebbe con la famosa “Interpretazione  di Copenaghen” alla quale parteciparono numerosi Fisici, oltre a quelli già citati, e che raggiunse il collaudo  definitivo nell’autunno del 1927 alla conferenza Solvay a Bruxelles.

All’interpretazione di Copenaghen si giunse grazie a due vie: la prima si originò dalla domanda se fosse vero che in Natura potessero sorgere soltanto situazioni sperimentali tali da poter essere rappresentate attraverso il formalismo matematico.

Assumere quanto detto come vero conduceva a limitazioni nell’uso dei concetti che, da Newton in poi, formavano la base della fisica classica.

Attraverso il “Principio d’indeterminazione” (Heisenberg, 1924)  i Fisici dell’ epoca appresero che, pur essendo possibile parlare della posizione e della velocità di un elettrone e misurarne entrambe le grandezze, era tuttavia impossibile determinare con “esattezza”  simultaneamente queste quantità:

indicando con D x  l’errore nella determinazione della posizione dell’ elettrone e con  D p l’ errore nella determinazione della sua “quantità di moto ( p = m v , dove m è la massa dell’elettrone e v la sua velocità) , vale la relazione

D x . D p  ³ h / (4 p )

In questo modo si veniva ad apprendere che i vecchi concetti si adattavano solo in modo impreciso alla Natura.

Altra, via che condusse alla definizione della Teoria in esame, fu il “Principio di Complementarietà” di Bohr,  nel quale l’aspetto corpuscolare del nucleo (nucleo ed elettroni che orbitano attorno ad esso)  e quello ondulatorio (nucleo ed onde di materia) venivano considerati come descrizioni complementari della stessa realtà .

Ognuna di queste descrizioni è solo parzialmente vera: le contraddizioni tra le due alternative vengono superate  grazie alle relazioni d’incertezza espresse dal principio di indeterminazione.

Secondo la  Meccanica Quantistica ogni “sistema fisico” (elettrone, atomo, insieme di atomi ecc.) oggetto di misura viene chiamato “osservabile”; esso è caratterizzato da una  “funzione d’onda di Schroedinger”; all’osservabile compete un numero finito di “autostati”, aventi ciascuno una ben determinata “probabilità”.

Quando un “osservatore” effettua un esperimento  sull’osservabile, egli perturba il sistema e, di conseguenza, la funzione d’onda di Schroedinger “collassa”, ossia il risultato dell’esperimento evidenzierà uno solo dei possibili “autostati” . 

Sebbene l’Interpretazione di Copenhagen rappresenti una grande rivoluzione all’interno del mondo della Fisica, essa non di meno  parte da un paradosso:  qualsiasi esperimento scientifico, sia che si riferisca a fenomeni macroscopici sia ad aspetti atomici, deve essere descritto attraverso la stessa Fisica classica in quanto i suoi concetti formano il linguaggio attraverso il quale si descrivono gli esperimenti e ne vengono espressi i risultati.

La domanda che invece rende problematica tale interpretazione è cosa realmente accada in un evento atomico: da tale domanda sono scaturite importanti questioni inerenti la natura stessa della Realtà. 

Le Origini della Fisica Quantica

Hi guys! eccovi un riassunto delle origini della fisica quantica! Buona lettura!

L’origine della Meccanica Quantistica si colloca nel primo quarto del Novecento. Essa trae origine dallo studio di un fenomeno fisico noto da tempo e non appartenente alle parti centrali della Fisica Atomica, la  radiazione termica emessa da un “corpo nero”.

Il “corpo nero” è un oggetto ideale, caratterizzato dall’assenza di riflessione (una sua esemplicazione è una cavità di color nero comunicante con l’esterno attraverso un forellino); l’ applicazione delle leggi della Fisica Classica non riusciva a spiegare in modo soddisfacente il fenomeno della radiazione elettromagnetica emessa da un corpo nero in funzione della sua temperatura: fu questo fatto che condusse alla Legge di Planck (1900) sulla radiazione termica. Tale legge ipotizzava che l’energia potesse essere emessa o assorbita non in modo continuo, bensi’ in singoli “quanti” d’energia, secondo la ben nota  formula

E = h n

ove E  è l’energia del “quanto di radiazione”,  n è la sua frequenza ed h è la “costante di Planck” (h = 1,054571628 x 10^-34 J s).

Tale teoria avrebbe intaccato i fondamenti della nostra descrizione della Natura, alla stregua di quello che avevano comportato le scoperte newtoniane.

Il modello quantistico si dimostrò così nuovo da non riuscire ad inserirsi immediatamente nella struttura tradizionale della Fisica: ci vollero cinque anni perché si potesse muovere il passo successivo.

Fu Albert Einstein a confermare sperimentalmente nel 1905  l’esistenza dei “quanti di radiazione”, nel corso delle sue ricerche sull’Effetto Fotoelettrico e sul calore specifico dei corpi solidi. Egli si avvalse con successo della congettura quantistica, evidenziandone la presenza in fenomeni che non avevano immediatamente a che fare con la radiazione termica. La teoria quantistica aveva un carattere profondamente rivoluzionario: la radiazione luminosa poteva ora essere spiegata sia come insieme di onde elettromagnetiche, secondo la formulazione di Maxwell, sia come “quanti di radiazione” di natura corpuscolare, ossia come “pacchetti di energia” che viaggiano nello spazio alla velocità della luce.

Altro importante punto in cui la Meccanica Quantistica scalzò la Fisica Newtoniana si trova nella descrizione che essa fa dell’atomo: la Fisica Classica: (Rutherford, 1911) lo raffigurava come consistente di un nucleo caricato positivamente contenente quasi la sua intera massa, con gli elettroni che girano intorno al nucleo, come fanno i pianeti del nostro sistema solare. Tale modello tuttavia non poteva spiegare il tratto più caratteristico dell’atomo ossia la sua stupefacente stabilità. Nelle parole di Heisenberg stesso (da “Fisica e Filosofia”, 1958):

“ Nessun sistema planetario, seguente le leggi della meccanica newtoniana, ritornerebbe alla sua configurazione iniziale dopo una collisione con un altro sistema simile. Ma un atomo dell’elemento carbonio, ad esempio, resterà sempre un atomo di carbonio dopo qualsiasi collisione con un altro sistema simile”.

 Tale fenomeno venne spiegato grazie a Niels Bohr (1922) per mezzo dell’ipotesi quantistica di Planck,  descrivendo l’atomo come un “sistema fisico” in grado di esistere soltanto in stati di energia discreti (dei quali il suo stato stabile, o stato normale, è quello più basso) ed in grado di modificare la propria energia soltanto per quanti separati, ricevendo od emettendo radiazione luminosa.

Bohr enunciò il “principio di corrispondenza”, secondo il quale

“il comportamento di un sistema quantistico si riduce a quello di un equivalente classico per valori elevati dei numeri quantici” ossia “quando le dimensioni, le masse, i periodi e in generale tutte le grandezze, possono essere considerati “grandi” rispetto al livello atomico”.

A livello sub-atomico vale invece la “meccanica quantistica”, descritta mediante

il formalismo matematico denominato “meccanica delle matrici” o “meccanica quantica”.

A tale formulazione seguì l’enunciazione dell’ “equazione ondulatoria” di Schroedinger (1928), che dimostrava come il formalismo della “meccanica ondulatoria”  equivalesse al formalismo della “meccanica quantica” .

Citando Heisenberg (op. cit):

 “Le onde elettromagnetiche vennero interpretate non come onde “reali” ma come onde di probabilità, di cui l’intensità determina in ogni punto la probabilità dell’assorbimento di un quantum di luce ad opera di un atomo in quel punto.”

Tale concetto di onda di probabilità era assolutamente nuovo rispetto alla Fisica Classica d’origine Newtoniana.

Strani Fenomeni in quanto Quantistici

Ciò che mi ha molto interessato, ed entusiasmato, nell’accostamento tra la psicologia e la fisica quantistica è stato essenzialmente un ragionamento fatto alla base di quell’idea che poi è divenuta tesi di laurea…

Potremmo affermare che la base del ragionamaneto scientifico sia fondata attualmnente sul riduzionismo: per intenderci una scienza è sempre compresa nelladisciplina precedente, che la contiene e l’aiuta a meglio inquadrare i problemi che vuole indagare e a dimostrare le tesi che si è proposta di dimostrare.

Così la la biologia trae le sue basi dalla chimica, la chimica dalla fisica, la fisica dalla matematica. Anche la psicologia non si sottrae a tale ragionamento anche se il dibattito è ancora aperto.

Ora il problema della Psicologia in quanto scienza sta proprio nel fatto che essa indaga il “meccanismo” su cui si basa la percezione e di conseguanza i fenomeni fisici percepiti, il più complesso meccanismo attualmente esistente in natura, ossia l’essere umano stesso.

Per secoli il ruolo dell’osservatore (l’essere umano) è stato relegato sullo sfondo della ricerca scientifica: pensiamo ad esempio a Cartesio e ad al suo modello di “universo orologio” totalmente incurante della presenza dell’uomo.

é chiaro che in un epoca in cui era necessaria volgere l’attenzione allo studio scientifico dei fenomeni naturali si dovesse fare in modo di volgere tutte le energie al mondo fenomenico, anche considerando il fatto che eravamo agli albori del metodo scientifico.

Ora, grazie agli enormi passi compiuti dalla scienza, risulta possibile porre basi scientifiche anche nello studio della coscienza.

Cosa significa tutto ciò a mio avviso? che se prima la fisica classica non prendeva in considerazione l’osservatore ora dopo le scoperte della fisica quantistica, di quello strano mondo che ha sconcertato le più grandi menti del novecento, non può prescincìdere da esso e lo deve annettere all’interno delle sue equazioni. La psicologia viene ad avere una base scientifica solida (cosa che gli era sempre stata criticata) che via via si sta delineando, permettendo di gettare luce sulle caratteristiche stesse del cervello e di conseguenza del comportamento.

Siamo agli albori di una scienza della Coscienza e molti eminenti scienziati si stanno dedicando a tale argomento.

Perchè… Why… Porqué…

 

 Cosa c’entrerebbe la Fisica   Quantistica con la Psicologia?

 La Fisica Quantistica, una delle branche più controverse e complicate della fisica moderna, che più di tutte ha fatto emergere interrogativi e questioni spinose sulla concezione della realtà partendo dall’indagine delle particelle sub-atomiche.. é incredibile se ci penso.. Qualcosa che non posso vedere, che do per scontato, ha messo le più grandi menti del ’900 di fronte a cose inaspettate e sconvolgenti..

Sto parlando dell’atomo, il mattone custitutivo di tutto ciò che ci circonda, della materia (che passa inosservato proprio come i nostri processi cognitivi).

Premetto io non sono un fisico e quindi i miei commenti sono di natura divulgativa se vogliamo. Sono  laureato in psicologia e mi sono occupato di tale argomento nella mia tesi.

Ebbene mentre fisici quali Heisenberg, Bohr, Pauli svelavano la natura del mondo sub-atomico si iniziava a prendere coscienza che il ruolo dell’osservatore, ossia lo sperimentatore, ossia l’essere umano, non era del tutto neutro, come si credeva a partire da Cartesio, ma possedeva un ruolo.

Si iniziava a gettare le basi per lo studio scientifico della Coscienza, la consciousness research, ben consapevoli dell’estrema complessità della tematica che si intendeva trattare.

Ed è dunque questo il punto di contatto tra le due Scienze in questione, lo studio scientifico della Coscienza, a partire dallo studio dell’attività neuronale per giungere al “momento di coscienza” stesso, attraverso il Riduzionismo. Ora non si tratta solo di Olismo, per quanto esso sia affascinante, ma di un vero e proprio metodo scientifico che, oltretutto, sta ampliando se stesso, prendendo coscienza di se stesso attraverso una vera e propria profonda meta-cognizione e stabilendo dei contatti con altre scienze come la neuro-fisiologia, le neuroscienze fino a giungere alla speculazione filosofica.

Sebbene l’argomento sia molto complesso per gli addetti ai lavori, per chi ne fosse interessato esistono molte opere di divulgazione alle quali ci si può approcciare. Si tratta più o meno dello stesso discorso che interessa la teoria della relatività.. Pochi la conoscono nel suo formalismo matematico ma moltissimi conoscono la famosa euazione E=mc2.. Per tali argomenti vale la stessa regola..

Quindi, se siete interessati, buon viaggio!

domande e risposte e domande e risposte e …

… e  ancora domande e risposte…

si è così che abbiamo ottenuto le seconde ma senza dimenticare il fatto che una risposta avrebbe generato un’ altra domanda.

un giorno un uomo si pose una domanda: ma per ottenere un risultato mise a punto un metodo. potremmo sicuramente dire che quest’uomo era contraddistinto da quella che comunemente definiamo curiosità. il risultato fu che ottenne tale risposta e questa era talmente adeguata da poter essere convertita in una legge.

poi vennero molti altri uomini contraddistinti da curiosità, mente aperta, coraggio, consapevoli che ogni scoperta era vera fino a prova contraria.

da questi ragionamenti nacque una delle più grandi avventure che tuttora si svolge e che ci ha condotto ad emozionanti conclusioni: si tratta della scienza e del metodo scientifico per mezzo del quale affrontiamo il mondo.

questa piccola introduzione è fatta perchè tra le altre cose, questo blog parlerà della connessione fra la psicologia e la fisica quantistica.

 

 

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