✦ Chiave di lettura
Bohm e la non località: due particelle possono restare collegate a distanza? E perché Einstein non riusciva ad accettare questa idea?
Immaginiamo di avere due particelle che, dopo essere state insieme, vengono separate e portate a enorme distanza l'una dall'altra.
Una viene lasciata sulla Terra, l'altra potrebbe trovarsi dall'altra parte della galassia.
Secondo la meccanica quantistica, in determinate condizioni, le due particelle possono rimanere entangled, cioè intrecciate in modo tale che le loro proprietà risultino fortemente correlate.
A questo punto accade qualcosa che, a prima vista, sembra quasi impossibile.
Misurando una particella, possiamo conoscere immediatamente quale risultato otterremo, o quale relazione avrà il risultato, quando misureremo l'altra.
Ma come può essere possibile se le due particelle sono ormai lontanissime?
È proprio qui che nasce uno dei problemi più profondi della fisica moderna: la non località.
Il fisico David Bohm avrebbe dato a questo problema una forma particolarmente chiara attraverso la sua interpretazione a variabili nascoste della meccanica quantistica. Ma il punto interessante è che la difficoltà era stata intuita molto prima da Albert Einstein.
Einstein non contestava semplicemente un dettaglio della teoria quantistica.
Il suo dubbio era più radicale: che cosa significa dire che una cosa è realmente esistente, se le proprietà di un oggetto sembrano dipendere da ciò che facciamo a un altro oggetto molto lontano?
Einstein e il problema della realtà
Nel 1935 Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen pubblicarono sulla rivista Physical Review un articolo destinato a diventare uno dei testi fondamentali nella storia della fisica: Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?
L'argomento sarebbe passato alla storia con il nome di paradosso EPR.
Il problema non era semplicemente che la meccanica quantistica producesse risultati strani. Einstein e i suoi collaboratori ritenevano che la teoria potesse essere matematicamente efficace e tuttavia non rappresentare tutta la realtà fisica.
Il loro ragionamento partiva da una domanda apparentemente semplice: quando possiamo dire che una proprietà fisica è realmente presente?
Nel loro articolo proposero un criterio molto preciso: se possiamo prevedere con certezza il valore di una grandezza fisica senza disturbare il sistema, allora dovrebbe esistere nella realtà fisica qualcosa che corrisponde a quella grandezza. (APS Journals)
Qui si trova il cuore filosofico del problema.
Einstein non voleva che la realtà fisica fosse semplicemente il risultato di ciò che osserviamo.
Per lui, una cosa dovrebbe possedere determinate caratteristiche indipendentemente dal fatto che noi decidiamo di misurarle.
Ed è proprio questa convinzione che entra in conflitto con alcune conseguenze della meccanica quantistica.
Il famoso esempio delle due particelle
Per comprenderlo possiamo semplificare l'esperimento mentale EPR.
Supponiamo che una particella venga prodotta insieme a un'altra in modo che le loro proprietà siano correlate.
Le due particelle vengono poi separate.
Una va a destra.
L'altra va a sinistra.
Quando sono abbastanza lontane, non interagiscono più direttamente.
Secondo la concezione classica della fisica, questo dovrebbe essere decisivo.
Se le particelle non interagiscono più, ciò che facciamo a una non dovrebbe modificare istantaneamente ciò che accade all'altra.
Questa è, in termini intuitivi, l'idea di località.
La realtà fisica dovrebbe essere locale: gli oggetti possono influenzarsi attraverso interazioni che si propagano nello spazio, ma non dovrebbe esistere una sorta di influenza fisica istantanea tra due luoghi arbitrariamente lontani.
L'esperimento EPR metteva però la meccanica quantistica davanti a un'alternativa inquietante.
Se la teoria quantistica è completa, sembrerebbe che la misura effettuata su una particella abbia conseguenze immediate sulla descrizione dell'altra.
Se invece vogliamo conservare l'idea che la particella possieda già determinate proprietà indipendentemente dalla misura, allora dobbiamo ammettere che la funzione d'onda non descrive completamente la realtà.
È precisamente questa la conclusione dell'articolo EPR: la descrizione della realtà fornita dalla funzione d'onda non può essere completa. (APS Journals)
Il dubbio di Einstein non era semplicemente: “Dio non gioca a dadi”
Quando si parla della critica di Einstein alla meccanica quantistica si ricorda spesso la famosa frase:
“Dio non gioca a dadi.”
È una frase importante, ma rischia di farci perdere il punto essenziale.
Einstein aveva certamente forti perplessità sull'indeterminismo della meccanica quantistica. Ma il problema EPR era più profondo.
Il vero interrogativo riguardava la struttura della realtà.
Einstein non riusciva ad accettare facilmente una teoria nella quale due sistemi fisicamente separati potessero essere descritti come se mantenessero una connessione tale che la misura effettuata su uno fosse immediatamente rilevante per l'altro.
La questione, dunque, non era semplicemente:
“La natura è deterministica oppure casuale?”
Era:
“Una cosa possiede una realtà propria indipendentemente da ciò che accade molto lontano da essa?”
È una differenza enorme.
Una teoria potrebbe essere perfettamente probabilistica e tuttavia locale.
Einstein temeva invece che la meccanica quantistica, nella sua interpretazione standard, costringesse a scegliere tra due principi ai quali teneva profondamente: la completezza della teoria e la località della realtà fisica.
L'argomento EPR sosteneva proprio che non si potessero conservare entrambe senza modificare qualcosa nella concezione quantistica. (Enciclopedia Stanford di Filosofia)
Bohm riprende il problema
David Bohm entra in questa storia alcuni decenni dopo.
Nel 1952 pubblicò due articoli fondamentali nei quali propose una nuova interpretazione della meccanica quantistica basata sulle cosiddette variabili nascoste.
Bohm voleva mostrare che era possibile costruire una teoria nella quale le particelle possedessero proprietà più definite di quanto suggerisse l'interpretazione convenzionale della meccanica quantistica. (APS Journals)
Ma qui emerge una sorpresa.
Bohm riusciva a recuperare una descrizione più determinata della realtà al prezzo di rinunciare alla località.
In altre parole:
Einstein aveva cercato una teoria che permettesse di mantenere una realtà fisica indipendente dall'osservazione e, contemporaneamente, una descrizione locale.
Bohm mostrava che si poteva costruire una teoria a variabili nascoste, ma questa teoria aveva una caratteristica radicale:
era non locale.
La teoria di Bohm non elimina dunque il problema.
Lo sposta.
Che cosa significa davvero “non locale”?
La parola può sembrare misteriosa, ma l'idea può essere espressa in maniera relativamente semplice.
Immaginiamo due particelle entangled.
Chiamiamole A e B.
A si trova sulla Terra.
B è lontanissima.
Misuriamo A.
Il risultato che otteniamo è correlato con quello che otterremo misurando B.
La fisica quantistica non interpreta questa correlazione semplicemente come il risultato di due proprietà classiche già determinate e indipendenti.
Nella teoria di Bohm, invece, lo stato complessivo del sistema quantistico contiene una struttura che collega le due particelle anche quando esse sono spazialmente separate.
La funzione d'onda, o più precisamente la struttura matematica che guida il movimento delle particelle nella teoria bohmiana, non è confinata alla posizione di una singola particella.
È una descrizione dell'intero sistema.
Ed è questo il punto decisivo.
La distanza spaziale non spezza necessariamente la relazione fisica descritta dalla teoria.
Questa è la non località.
Non significa, però, che possiamo inviare un messaggio istantaneo da una galassia all'altra.
Questa distinzione è fondamentale.
La non località delle teorie quantistiche non equivale automaticamente alla possibilità di utilizzare l'entanglement come un telefono più veloce della luce.
Le correlazioni quantistiche possono essere non locali senza consentire una comunicazione controllabile più veloce della luce.
Perché Einstein aveva ragione a preoccuparsi?
A questo punto potremmo chiederci: Einstein si sbagliava?
La risposta è più interessante di un semplice sì o no.
Einstein aveva individuato un problema reale.
L'entanglement è effettivamente una caratteristica fondamentale della meccanica quantistica. E le correlazioni osservate negli esperimenti non possono essere spiegate, almeno in generale, attraverso una teoria che conservi contemporaneamente tutte le caratteristiche che Einstein desiderava.
Il risultato decisivo sarebbe arrivato nel 1964 con John Bell.
Bell trasformò il problema filosofico di EPR in una conseguenza matematica verificabile sperimentalmente.
Il suo teorema mostrò, in termini molto semplificati, che le previsioni della meccanica quantistica non possono essere riprodotte da una teoria che mantenga contemporaneamente determinate forme di realismo locale.
Gli esperimenti successivi hanno confermato le correlazioni quantistiche previste dalla teoria.
Questo non significa semplicemente che “Einstein aveva torto”.
Significa piuttosto che la natura sembra costringerci ad abbandonare almeno una parte dell'immagine classica della realtà.
E questa è precisamente la profondità del problema.
Il vero sacrificio: che cosa dobbiamo abbandonare?
La lezione di EPR e Bell può essere formulata come una specie di triangolo.
Da una parte abbiamo l'idea che gli oggetti possiedano proprietà definite indipendentemente dalla nostra osservazione.
Dall'altra abbiamo la località.
Infine abbiamo le previsioni della meccanica quantistica.
Non possiamo conservarle tutte nella forma ingenuamente classica.
Qualcosa deve cambiare.
Possiamo rinunciare a una forma di realismo.
Possiamo rinunciare alla località.
Possiamo modificare il modo in cui interpretiamo la teoria quantistica.
Oppure possiamo costruire una concezione della realtà completamente diversa da quella della fisica classica.
Bohm sceglie una strada particolarmente interessante.
Conserva una forma molto forte di realismo: le particelle hanno effettivamente configurazioni definite.
Ma paga questo risultato con la non località.
E se Einstein avesse visto la teoria di Bohm?
Qui nasce una delle domande filosoficamente più affascinanti.
Bohm aveva trovato proprio qualcosa che Einstein cercava e, nello stesso tempo, qualcosa che Einstein avrebbe avuto difficoltà ad accettare.
Da un lato:
“La realtà fisica esiste indipendentemente dall'osservazione.”
Dall'altro:
“La teoria fondamentale è non locale.”
È come se la natura ci dicesse:
Puoi avere una realtà più definita, ma non puoi pretendere che sia completamente separata nello spazio.
Ed è questo che rende Bohm così interessante.
La sua teoria non è semplicemente un modo alternativo di calcolare gli stessi risultati.
È una proposta filosofica sulla struttura del mondo.
La realtà fondamentale potrebbe essere molto più interconnessa di quanto ci suggerisca la nostra esperienza quotidiana.
L'errore di immaginare le particelle come piccole palline
Forse il problema nasce anche da un'immagine mentale troppo semplice.
Nella fisica classica siamo abituati a immaginare le particelle come minuscole palline.
Una pallina è qui.
Un'altra è là.
Se sono abbastanza lontane, sono indipendenti.
Ma una particella quantistica non si comporta necessariamente come una piccola pallina dotata di proprietà completamente indipendenti dal resto dell'universo.
In un sistema entangled, ciò che conta non è sempre la singola particella considerata isolatamente.
Conta lo stato complessivo del sistema.
È come se avessimo due strumenti musicali che, dopo essere stati preparati insieme, non potessero più essere descritti completamente separatamente.
La distanza tra loro continua a esistere.
Ma la relazione tra loro non scompare.
Naturalmente questa è soltanto un'analogia: la meccanica quantistica non dice che le particelle “comunichino” come fanno due persone.
Dice qualcosa di molto più radicale e matematicamente preciso: lo stato quantistico del sistema può contenere correlazioni che non possono essere ridotte a proprietà locali indipendenti.
Einstein non aveva paura della stranezza: aveva paura di una realtà incompleta
Questo è forse il modo migliore per comprendere la sua posizione.
Einstein era perfettamente disposto ad accettare idee rivoluzionarie.
La relatività stessa aveva sconvolto le concezioni tradizionali di spazio e tempo.
Il suo problema non era dunque che la meccanica quantistica fosse strana.
Il problema era che una teoria potesse essere straordinariamente efficace nel prevedere i risultati degli esperimenti senza dirci, secondo lui, che cosa esiste realmente.
Einstein voleva una teoria che non fosse soltanto uno strumento per prevedere ciò che osserviamo.
Voleva una teoria capace di descrivere la realtà fisica che esiste dietro le osservazioni.
Ed è proprio per questo che il paradosso EPR rimane così importante.
Non è soltanto una questione di particelle.
È una domanda sulla natura della realtà.
Bohm e la possibilità di un universo relazionale
La teoria di Bohm introduce allora una possibilità affascinante.
Forse la realtà fondamentale non è costituita da oggetti completamente separati che interagiscono soltanto quando entrano in contatto.
Forse, a un livello più profondo, le relazioni fanno parte della struttura stessa della realtà.
La particella non sarebbe quindi una piccola entità completamente autonoma.
Sarebbe un elemento di un sistema più ampio.
Questo non significa che “tutto è collegato” nel senso vago e spirituale con cui talvolta viene usata questa espressione.
La non località quantistica è una questione fisica precisa, sottoposta a formalizzazione matematica e verifica sperimentale.
Ma la sua conseguenza filosofica è straordinaria.
La natura potrebbe non essere composta da parti completamente indipendenti che si incontrano occasionalmente.
Potrebbe essere, a un livello fondamentale, una rete di relazioni nella quale il significato fisico di una parte dipende anche dal modo in cui essa appartiene al tutto.
La domanda rimasta aperta
Alla fine della vicenda Einstein-Bohm-EPR-Bell rimane una domanda che va molto oltre la fisica.
Che cos'è una cosa, se non può essere descritta completamente indipendentemente dalle relazioni che la legano al resto della realtà?
Einstein temeva che accettare una teoria non locale significasse rinunciare a una caratteristica fondamentale del mondo fisico: l'indipendenza degli eventi separati nello spazio.
Bohm accettò invece una realtà non locale pur di conservare una descrizione più realistica delle particelle.
La meccanica quantistica ci ha così costretto a scegliere tra intuizioni che, nella vita quotidiana, sembrano entrambe ovvie.
Da una parte pensiamo che gli oggetti siano reali.
Dall'altra pensiamo che ciò che accade qui non possa modificare istantaneamente ciò che accade a enorme distanza.
Nel mondo quantistico, però, questa sicurezza viene meno.
E forse è proprio questo il significato più profondo della non località di Bohm: la distanza separa gli oggetti nello spazio, ma non necessariamente esaurisce le relazioni che definiscono la loro realtà fisica.
Einstein aveva visto il problema prima che la fisica possedesse gli strumenti sperimentali e teorici per affrontarlo pienamente.
Bohm lo trasformò in una teoria.
Bell lo trasformò in un teorema.
Gli esperimenti trasformarono il problema filosofico in una questione empirica.
Ma la domanda di fondo rimane sorprendentemente vicina a quella che Einstein aveva posto quasi un secolo fa:
la nostra descrizione della realtà coincide davvero con la realtà stessa, oppure ciò che chiamiamo “mondo” è molto più strano di quanto la nostra esperienza quotidiana ci permetta di immaginare?
Fonti
A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen, “Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”, Physical Review, 47, 777–780 (1935). È il testo originale dell'argomento EPR. (APS Journals)
N. Bohr, “Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”, Physical Review, 48, 696–702 (1935). È la celebre risposta di Bohr all'argomento EPR. (APS Journals)
D. Bohm, “A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of ‘Hidden’ Variables. I”, Physical Review, 85, 166–179 (1952). (APS Journals)
D. Bohm, “A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of ‘Hidden’ Variables. II”, Physical Review, 85, 180–193 (1952). Qui Bohm affronta anche le correlazioni a distanza associate all'argomento EPR. (DOI)
Stanford Encyclopedia of Philosophy, “The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory”. Una ricostruzione filosofica dell'argomento EPR, delle diverse versioni proposte da Einstein e dello sviluppo successivo fino a Bell. (Enciclopedia Stanford di Filosofia)
A. Bokulich, studi sull'esperimento mentale di Bohm e sul suo ruolo nello sviluppo delle disuguaglianze di Bell.
J. Bell, “On the Einstein Podolsky Rosen Paradox”, Physics, 1, 195–200 (1964), testo fondamentale per il passaggio dall'argomento filosofico EPR a una previsione sperimentalmente verificabile.
Per una discussione storica recente sul ruolo della non località nel dibattito EPR: “Neglecting non-locality: the response to EPR”, The European Physical Journal H (2026). Lo studio sottolinea come la dimensione della non località dell'argomento di Einstein sia stata a lungo messa in secondo piano nel dibattito storico sulla meccanica quantistica. (Springer)
Questo testo è già impostato in forma divulgativa per il tuo blog, con una forte componente filosofica e senza presentare la non località come una generica idea di “energia” o di “connessione universale”.
