Le interpretazioni della meccanica quantistica

La meccanica quantistica permette di prevedere con straordinaria precisione i risultati degli esperimenti.

Possiamo calcolare i livelli energetici degli atomi, le probabilità di decadimento delle particelle, le proprietà dei materiali, il comportamento dei semiconduttori e le correlazioni tra sistemi entangled. Le sue previsioni sono state confermate in un numero enorme di situazioni.

Eppure non esiste ancora un accordo generale su che cosa la teoria descriva realmente.

Che cos'è la funzione d'onda? Rappresenta un'entità fisica, la nostra conoscenza, una relazione tra sistemi o l'insieme delle possibilità? Il collasso è un processo reale oppure un aggiornamento delle informazioni? Perché osserviamo un solo risultato? Le particelle possiedono proprietà definite prima della misurazione? Esistono davvero molti mondi? La realtà è locale, nonlocale oppure fondamentalmente relazionale?

Le diverse risposte costituiscono le interpretazioni della meccanica quantistica.

Queste interpretazioni condividono spesso gran parte dello stesso formalismo matematico e producono, nei casi ordinari, le stesse previsioni sperimentali. Propongono però immagini profondamente differenti della realtà. Alcune proposte, inoltre, non sono semplicemente interpretazioni dello stesso formalismo, ma vere e proprie teorie alternative che introducono nuove entità o modificano la dinamica quantistica.

La discussione non riguarda quindi soltanto il modo di eseguire i calcoli. Riguarda il significato dei simboli utilizzati, le entità che esistono e il rapporto tra teoria, osservazione e mondo.

È una delle situazioni nelle quali il confine tra fisica e filosofia diventa più difficile da tracciare.

Perché la teoria ha bisogno di un'interpretazione?

Ogni teoria fisica utilizza concetti matematici che devono essere collegati ai fenomeni.

Nella meccanica classica, la posizione rappresenta il luogo occupato da un corpo, la velocità descrive il cambiamento della posizione nel tempo e la forza indica ciò che modifica il moto.

Anche questi concetti richiedono un'interpretazione, ma il loro significato appare relativamente vicino all'esperienza quotidiana.

Nella meccanica quantistica la situazione è più problematica.

Lo stato del sistema viene rappresentato da un vettore in uno spazio di Hilbert o, in opportune rappresentazioni, da una funzione d'onda. Le grandezze fisiche osservabili sono associate a operatori. Le ampiezze di probabilità possono essere numeri complessi. Lo stato può essere una sovrapposizione di componenti associate a differenti possibili risultati di una misurazione.

Il formalismo ci dice come calcolare le probabilità, ma non stabilisce automaticamente quale realtà corrisponda a questa struttura matematica.

Nella formulazione tradizionale troviamo inoltre due tipi di evoluzione:

• l'evoluzione unitaria e deterministica descritta dall'equazione di Schrödinger;
• la riduzione o collasso probabilistico associato alla misurazione.

Ma che cosa conta esattamente come misurazione? Perché l'interazione con un apparato dovrebbe seguire una regola differente dalle altre interazioni fisiche?

Il problema può essere espresso attraverso tre esigenze difficili da conciliare:

• 1. la funzione d'onda fornisce una descrizione completa del sistema;
• 2. la funzione d'onda evolve sempre secondo un'equazione lineare e unitaria;
• 3. ogni misurazione produce un solo risultato determinato.

Se accettiamo contemporaneamente queste tre affermazioni, nasce una tensione. L'evoluzione unitaria di una sovrapposizione produce infatti una sovrapposizione di stati correlati del sistema e dell'apparato, non seleziona da sola un unico risultato.

Le diverse interpretazioni modificano, precisano o abbandonano almeno una di queste affermazioni.

Interpretazione o teoria fisica?

Non tutte le proposte indicate come "interpretazioni" hanno esattamente lo stesso statuto.

Alcune conservano essenzialmente le equazioni standard e ne modificano il significato ontologico. L'interpretazione a molti mondi, per esempio, mantiene l'evoluzione unitaria e interpreta la struttura risultante in termini di differenti rami della realtà.

Altre aggiungono nuove entità o variabili senza modificare, nel dominio non relativistico ordinario e in condizioni di equilibrio quantistico, le previsioni osservabili della teoria standard. La meccanica bohmiana introduce particelle con posizioni definite guidate dalla funzione d'onda.

Altre ancora modificano la dinamica e possono produrre, almeno in linea di principio, previsioni differenti. Le teorie di collasso oggettivo aggiungono processi fisici spontanei che sopprimono le sovrapposizioni macroscopiche.

In questi casi non si tratta soltanto di attribuire significati diversi allo stesso formalismo. Si costruiscono teorie fisiche alternative.

Il termine "interpretazione" viene comunque utilizzato frequentemente in senso ampio perché tutte queste proposte cercano di rispondere, attraverso strategie differenti, alla stessa domanda:

che cosa deve esistere affinché la meccanica quantistica funzioni nel modo che osserviamo?

La funzione d'onda: realtà o conoscenza?

Una prima distinzione riguarda il significato della funzione d'onda.

Nel linguaggio dei cosiddetti modelli ontologici, una distinzione tecnica importante è quella tra concezioni psi-ontiche e psi-epistemiche.

In un modello psi-ontico, stati quantistici puri distinti corrispondono a stati fisici sottostanti distinti, nel senso tecnico richiesto da questo quadro teorico. La funzione d'onda possiede quindi un legame diretto con lo stato ontico del sistema.

Nei modelli psi-epistemici, invece, differenti funzioni d'onda possono corrispondere almeno in parte agli stessi stati ontici sottostanti. In questo senso, la funzione d'onda può riflettere una conoscenza incompleta dello stato fisico più profondo.

In un senso filosofico più ampio esistono inoltre interpretazioni che considerano lo stato quantistico come informazione, aspettativa o credenza dell'agente. Queste posizioni non devono però essere automaticamente identificate con la nozione tecnica di modello psi-epistemico.

La differenza può essere illustrata, con le dovute cautele, attraverso un esempio classico.

Se non sappiamo quale faccia mostri una moneta nascosta, assegniamo una probabilità a testa e a croce. La distribuzione probabilistica descrive la nostra ignoranza, non uno stato fisico nel quale la moneta sia realmente una combinazione delle due facce.

Una funzione d'onda quantistica potrebbe avere un significato analogo? Potrebbe rappresentare una conoscenza incompleta di uno stato reale più preciso?

Oppure la sovrapposizione costituisce una caratteristica fisica autentica, come sembra suggerire la possibilità di osservare fenomeni di interferenza?

Le diverse interpretazioni rispondono in modi differenti. Alcune attribuiscono un ruolo ontologico fondamentale alla funzione d'onda, altre alle particelle, altre agli eventi, altre alle relazioni e altre ancora interpretano lo stato quantistico in relazione alle aspettative degli agenti.

Non esiste quindi una sola forma di realismo quantistico.

L'interpretazione di Copenaghen

L'espressione interpretazione di Copenaghen viene utilizzata per indicare un insieme di posizioni associate soprattutto a Niels Bohr, Werner Heisenberg e ad altri protagonisti della nascita della teoria.

Non si tratta, però, di una dottrina unica e perfettamente definita. Bohr e Heisenberg non sostenevano sempre le stesse tesi e i loro scritti hanno ricevuto interpretazioni differenti. La stessa espressione "interpretazione di Copenaghen" è stata utilizzata nel corso del tempo per raggruppare posizioni non perfettamente coincidenti.

Esistono comunque alcuni temi ricorrenti.

Il primo è la centralità del contesto sperimentale. Non possiamo attribuire automaticamente a un sistema quantistico tutte le proprietà classiche indipendentemente dalle condizioni nelle quali vengono misurate.

Il secondo è il principio di complementarità, particolarmente associato a Bohr. Aspetti come comportamento ondulatorio e comportamento corpuscolare possono essere necessari per descrivere differenti fenomeni, ma emergono attraverso configurazioni sperimentali differenti e non possono essere riuniti senza restrizioni in un'unica immagine classica.

Il terzo, soprattutto nella posizione di Bohr, è la necessità di descrivere gli apparati e i risultati sperimentali mediante concetti classici. Gli strumenti devono produrre registrazioni definite: una posizione dell'indice, un punto sullo schermo, un valore numerico o una traccia.

La fisica, in questa prospettiva, non deve necessariamente costruire un'immagine dettagliata di ciò che accade al sistema indipendentemente da ogni possibile misurazione. Deve stabilire le condizioni nelle quali i fenomeni possono essere osservati, descritti e comunicati.

Bohr e il fenomeno quantistico

Per Bohr, il fenomeno quantistico comprende l'intero processo sperimentale considerato nelle condizioni che ne rendono possibile una descrizione non ambigua.

Non possiamo separare completamente l'oggetto dalle condizioni sperimentali necessarie a definire la grandezza misurata. Un esperimento progettato per osservare l'interferenza non permette contemporaneamente di attribuire una traiettoria definita nel senso classico. Un apparato che misura una componente dello spin definisce la direzione rispetto alla quale il risultato assume significato.

Questo non significa che la mente umana crei il fenomeno.

Il contesto è costituito da dispositivi fisici reali, non da pensieri o desideri. L'osservatore non può scegliere il risultato; può scegliere quale esperimento eseguire e quindi quale tipo di fenomeno rendere accessibile.

Bohr rifiutava l'idea che il compito della teoria fosse descrivere gli oggetti quantistici come minuscole versioni degli oggetti classici. Concetti come onda, particella, posizione e traiettoria derivano dal linguaggio della fisica classica e possono essere applicati ai fenomeni quantistici soltanto entro condizioni ben specificate.

La posizione presenta una possibile affinità con alcuni problemi della filosofia kantiana. Come Kant distingueva la realtà in sé dagli oggetti così come appaiono entro le condizioni dell'esperienza, Bohr sottolineava che i fenomeni quantistici non possono essere separati dalle condizioni sperimentali che ne rendono possibile la descrizione.

Ma non possiamo trasformare la meccanica quantistica in una conferma diretta di Kant. Gli apparati sperimentali non coincidono con le forme a priori della conoscenza e Bohr non si limitò a ripetere la filosofia trascendentale.

L'affinità riguarda soprattutto la domanda sui limiti entro i quali i nostri concetti possono essere applicati alla realtà.

Heisenberg e la potenzialità

Heisenberg descrisse talvolta lo stato quantistico ricorrendo all'idea di potenzialità.

La funzione d'onda non rappresenterebbe semplicemente un fatto già compiuto né una pura ignoranza soggettiva. In alcune formulazioni di Heisenberg, essa rappresenterebbe un insieme strutturato di possibilità o tendenze che possono diventare attuali in una misurazione.

Heisenberg collegò esplicitamente questa concezione alla nozione aristotelica di potenza. Per Aristotele, qualcosa può esistere in potenza prima di realizzarsi in atto. Un seme è potenzialmente una pianta, anche se non è ancora una pianta sviluppata.

L'analogia non deve essere presa alla lettera. Le potenzialità quantistiche sono descritte attraverso una struttura matematica precisa, mentre la metafisica aristotelica appartiene a un quadro concettuale molto differente.

Tuttavia, il confronto mostra una possibile trasformazione ontologica: la realtà potrebbe non essere costituita soltanto da fatti attuali, ma anche da possibilità oggettivamente strutturate e regolate da leggi.

In alcune formulazioni di Heisenberg, la misurazione può essere descritta come il passaggio da una struttura di potenzialità a un risultato attuale.

Rimane però da spiegare che cosa produca fisicamente questo passaggio.

Il collasso nell'interpretazione tradizionale

Nella presentazione standard della meccanica quantistica, la misurazione viene associata al collasso della funzione d'onda.

Prima della misura, lo stato può essere:

\[ |\psi\rangle= \alpha|\uparrow\rangle+ \beta|\downarrow\rangle \]

Dopo aver ottenuto "alto", lo stato utilizzato per descrivere il sistema diventa:

\[ |\uparrow\rangle \]

Il collasso consente di collegare il formalismo al risultato osservato, ma solleva diverse difficoltà interpretative.

Non viene descritto dalla normale evoluzione unitaria dell'equazione di Schrödinger. Non è sempre chiaro in quale momento debba essere applicato. Non è evidente quali sistemi debbano essere considerati strumenti classici e quali oggetti quantistici.

Il cosiddetto taglio tra sistema e apparato può spesso essere spostato senza modificare le previsioni. Ma se tutto viene incluso nella descrizione quantistica e fatto evolvere unitariamente, la sovrapposizione sembra estendersi anche allo strumento e, almeno formalmente, all'osservatore.

Le posizioni tradizionalmente raggruppate sotto l'etichetta di Copenaghen offrono regole estremamente efficaci per organizzare la pratica sperimentale, ma i loro critici ritengono che non forniscano sempre un'ontologia sufficientemente precisa.

Che cosa esiste tra una misurazione e l'altra? Il collasso è reale oppure rappresenta un cambiamento della descrizione? Perché alcuni sistemi devono essere descritti classicamente se anch'essi sono costituiti da atomi?

Le differenti versioni dell'interpretazione rispondono in modo diverso o considerano alcune di queste domande mal formulate.

La concezione pragmatica

Molti fisici adottano un atteggiamento pragmatico senza impegnarsi in una specifica interpretazione.

La teoria fornisce un algoritmo estremamente efficace:

• 1. si prepara uno stato;
• 2. si sceglie una misurazione;
• 3. si calcolano le probabilità;
• 4. si confrontano le previsioni con i risultati.

Se i calcoli funzionano, potrebbe sembrare inutile chiedere che cosa "accada realmente" dietro il formalismo.

Questo atteggiamento operativo può avvicinarsi allo strumentalismo, pur senza implicare necessariamente una precisa posizione filosofica. Secondo una concezione strumentalista, una teoria scientifica non deve necessariamente essere interpretata come una rappresentazione letterale delle entità ultime del mondo: può essere considerata innanzitutto uno strumento per organizzare, prevedere e controllare i fenomeni.

L'atteggiamento pragmatico possiede una grande forza. Evita di trasformare problemi interpretativi in ostacoli alla ricerca e ha accompagnato enormi progressi nella fisica atomica, nella chimica, nell'elettronica e nell'informazione quantistica.

Ma presenta anche un limite filosofico.

Prevedere non equivale sempre a spiegare. Possiamo utilizzare correttamente un formalismo senza sapere quale concezione della realtà lo renda intelligibile.

Inoltre, domande considerate inizialmente filosofiche possono diventare sperimentali. L'argomento EPR sembrava riguardare la completezza e il realismo; Bell mostrò che alcune classi di risposte comportavano conseguenze statistiche verificabili.

Rinunciare completamente all'interpretazione potrebbe quindi significare rinunciare anche a domande capaci di suggerire possibili sviluppi teorici.

Il collasso provocato dalla coscienza

Una posizione storicamente discussa attribuisce alla coscienza un ruolo particolare.

La catena di von Neumann può estendere la descrizione quantistica dal sistema allo strumento, dallo strumento agli organi sensoriali e infine al sistema nervoso dell'osservatore. Se ogni componente fisica viene trattata quantisticamente, dove termina la sovrapposizione?

Alcuni autori hanno ipotizzato che il collasso avvenga quando il risultato entra nell'esperienza cosciente.

Questa concezione sembra tracciare una frontiera netta: la materia evolve secondo l'equazione di Schrödinger, mentre la coscienza svolgerebbe un ruolo particolare nella produzione del risultato osservato.

Ma introduce problemi molto difficili.

Che cosa si intende esattamente per coscienza? In quale momento emerge? Gli animali producono il collasso? E i dispositivi automatici? Che cosa accade quando un risultato viene registrato ma nessuno lo osserva?

La teoria quantistica standard non fornisce un criterio fisico condiviso che identifichi l'emergere della coscienza come condizione necessaria del collasso.

Inoltre, non esiste una necessità sperimentale di attribuirle questo ruolo. Le interazioni, le registrazioni e la decoerenza avvengono senza bisogno di un osservatore umano.

Per queste ragioni, l'idea che la coscienza provochi il collasso rimane una posizione minoritaria e non deve essere confusa con la meccanica quantistica in generale.

L'interpretazione a molti mondi

Nel 1957 Hugh Everett III propose la formulazione dello stato relativo, successivamente sviluppata e resa popolare in forme note come interpretazione a molti mondi.

Everett partì da una scelta radicale: l'evoluzione quantistica unitaria deve essere applicata universalmente.

Non esiste un collasso fondamentale.

Se un sistema in sovrapposizione interagisce con un apparato, l'evoluzione unitaria produce uno stato entangled:

\[ \alpha|\uparrow\rangle|A_\uparrow\rangle+ \beta|\downarrow\rangle|A_\downarrow\rangle \]

Se anche l'osservatore viene incluso nella descrizione, otteniamo schematicamente:

\[ \alpha|\uparrow\rangle|A_\uparrow\rangle|O_\uparrow\rangle+ \beta|\downarrow\rangle|A_\downarrow\rangle|O_\downarrow\rangle \]

In una componente, l'osservatore registra "alto". Nell'altra registra "basso".

Entrambe le componenti rimangono presenti nello stato quantistico complessivo e, nella lettura many-worlds, vengono associate a rami differenti.

L'osservatore non percepisce però una sovrapposizione macroscopica di risultati. Ogni continuatore dell'osservatore risulta correlato a un determinato esito.

Nella lettura everettiana, ciò che appare come collasso a un osservatore interno non corrisponde quindi a un processo dinamico fondamentale.

La ramificazione e la decoerenza

Nell'interpretazione a molti mondi, la decoerenza svolge un ruolo fondamentale nella comprensione della struttura dei rami.

L'interazione con l'ambiente rende rapidamente trascurabile, per moltissimi scopi pratici, l'interferenza tra differenti componenti macroscopiche. Emergono così strutture approssimativamente autonome.

Un ramo contiene un apparato che indica "alto" e un osservatore che ricorda di aver visto "alto". Un altro contiene un apparato che indica "basso" e un osservatore che ricorda di aver visto "basso".

I "mondi" non devono essere necessariamente immaginati come universi creati istantaneamente da una forza misteriosa. Nelle formulazioni contemporanee di molti mondi, possono essere considerati strutture emergenti all'interno dello stato quantistico universale, rese approssimativamente autonome dalla decoerenza.

Non esiste necessariamente un momento esatto nel quale un mondo si divide nettamente in due. La ramificazione può essere considerata un processo continuo ed emergente, la cui descrizione dipende anche dal livello macroscopico considerato.

La teoria conserva così una dinamica fondamentale semplice e universale: l'evoluzione unitaria.

Il prezzo, secondo i critici, è un'ontologia estremamente ampia.

Esistono davvero tutti i risultati?

Secondo la lettura a molti mondi, tutti i risultati con ampiezza non nulla sono rappresentati in differenti rami della struttura quantistica.

Questo solleva una domanda immediata:

se tutti i risultati avvengono, che cosa significa dire che uno è più probabile di un altro?

Nella meccanica quantistica ordinaria, la regola di Born assegna probabilità attraverso il quadrato del modulo delle ampiezze. Ma in un universo nel quale tutti gli esiti si realizzano in differenti rami, la probabilità non può significare semplicemente che un risultato avviene e gli altri no.

Sono state proposte diverse risposte.

La probabilità può essere interpretata in termini di incertezza dell'osservatore rispetto ai propri continuatori futuri, oppure collegata al "peso" dei rami determinato dal quadrato dell'ampiezza. Alcuni autori cercano di giustificare o derivare la regola di Born attraverso la teoria delle decisioni razionali, argomenti di simmetria, tipicità o altre strutture matematiche.

Questi tentativi sono sofisticati, ma il loro significato e la loro forza esplicativa rimangono discussi.

Il problema della probabilità rappresenta una delle principali difficoltà filosofiche dell'interpretazione.

Molti mondi e identità personale

L'interpretazione di Everett modifica anche il modo in cui possiamo formulare il problema filosofico dell'identità.

Prima della misurazione abbiamo un osservatore. Nella lettura many-worlds, dopo la ramificazione emergono più continuatori futuri dell'osservatore iniziale, ciascuno dotato dei ricordi precedenti e correlato a un risultato differente.

Quale continuatore è la continuazione autentica della persona iniziale?

Forse entrambi, se adottiamo una concezione dell'identità capace di ammettere ramificazioni.

L'identità personale potrebbe allora non essere una relazione necessariamente univoca, ma essere analizzata in termini di continuità psicologica e fisica capace di ramificarsi.

Questa idea presenta una lontana analogia con le riflessioni filosofiche sui mondi possibili. Tuttavia, i mondi di Everett non coincidono con i mondi possibili di Leibniz. Non rappresentano semplicemente alternative logiche tra le quali viene scelta un'unica realtà. Nella lettura many-worlds sono strutture fisiche emergenti da uno stato quantistico comune e da una storia condivisa.

L'interpretazione trasforma quindi una questione della fisica in un problema metafisico sull'esistenza, la molteplicità e l'identità attraverso il tempo.

Punti di forza e difficoltà dei molti mondi

L'interpretazione a molti mondi possiede un grande vantaggio concettuale: elimina il collasso fondamentale e applica la stessa evoluzione unitaria a tutti i sistemi, dagli elettroni agli strumenti e, in linea di principio, all'intero universo.

Non richiede una separazione fondamentale tra mondo quantistico e mondo classico. Non attribuisce un ruolo speciale alla coscienza.

La decoerenza contribuisce a spiegare perché differenti strutture macroscopiche ramificate non mostrino normalmente interferenze osservabili tra loro.

Le difficoltà principali riguardano:

• il significato ontologico dei rami;
• la derivazione e l'interpretazione della probabilità;
• il criterio con cui vengono individuate le strutture che chiamiamo mondi;
• l'enorme molteplicità della realtà proposta.

I sostenitori rispondono che i rami non sono entità aggiunte artificialmente: emergerebbero dalla struttura del formalismo quantistico preso universalmente sul serio. I critici ritengono invece ontologicamente costoso attribuire realtà a tutti i risultati per evitare il collasso.

Il confronto riguarda anche il principio di semplicità. È più semplice una sola dinamica fondamentale con moltissimi rami oppure un solo risultato accompagnato da una dinamica o da una regola di collasso?

La risposta dipende anche da ciò che consideriamo semplice: le leggi oppure l'ontologia.

La meccanica bohmiana

Un'altra interpretazione realista trae origine dalla teoria dell'onda pilota proposta da Louis de Broglie negli anni Venti e fu riformulata da David Bohm nel 1952.

La meccanica bohmiana, chiamata anche teoria de Broglie-Bohm o teoria dell'onda pilota, attribuisce alle particelle posizioni determinate in ogni istante.

La funzione d'onda evolve secondo l'equazione di Schrödinger e guida il movimento delle particelle attraverso una legge aggiuntiva, detta equazione o legge di guida.

Lo stato completo non è quindi costituito soltanto dalla funzione d'onda. Comprende:

• la funzione d'onda;
• la configurazione effettiva delle particelle.

Una particella segue una traiettoria reale, anche quando non viene osservata.

Nell'esperimento della doppia fenditura con una singola particella, la funzione d'onda è associata a entrambe le aperture e può produrre interferenza, mentre la particella percorre una sola traiettoria attraverso una delle fenditure. Il suo movimento viene guidato dalla struttura della funzione d'onda.

In questo modo, il comportamento corpuscolare e quello ondulatorio vengono inseriti in un'unica ontologia.

Per sistemi di molte particelle, tuttavia, la funzione d'onda bohmiana non deve essere immaginata semplicemente come un'onda materiale ordinaria che si propaga nello spazio tridimensionale: è naturalmente definita nello spazio delle configurazioni del sistema.

La misura nella teoria di Bohm

Nella meccanica bohmiana non esiste un collasso fondamentale della funzione d'onda.

Quando il sistema interagisce con l'apparato, la funzione d'onda complessiva sviluppa componenti associate a risultati differenti. La configurazione reale delle particelle si trova però in una sola delle regioni corrispondenti della configurazione complessiva.

L'apparato possiede una configurazione effettiva e indica quindi un solo risultato.

Le altre componenti della funzione d'onda non contengono la configurazione effettiva del sistema e, nelle normali situazioni di misura, cessano di influenzare praticamente la successiva evoluzione della configurazione osservata. Si parla quindi di collasso effettivo.

Il risultato determinato deriva dalla configurazione reale delle particelle, non da una riduzione fisica improvvisa della funzione d'onda.

La distribuzione statistica delle configurazioni viene collegata a \(|\psi|^2\) attraverso la condizione di equilibrio quantistico. Se le configurazioni sono distribuite secondo questa regola, la teoria riproduce le normali statistiche quantistiche.

Il carattere probabilistico osservato deriva così dalla distribuzione delle configurazioni e dalla nostra mancata conoscenza della configurazione iniziale esatta, mentre la dinamica fondamentale rimane deterministica.

Realismo e contestualità bohmiana

La meccanica bohmiana offre un'immagine chiara di alcune entità reali: particelle dotate di posizioni e una funzione d'onda che ne guida il movimento.

Ma non restituisce semplicemente tutte le proprietà della fisica classica.

La posizione possiede un ruolo privilegiato nella formulazione standard della teoria. Grandezze come spin, quantità di moto ed energia non devono essere sempre interpretate come proprietà intrinseche preesistenti nello stesso modo in cui lo sono le posizioni delle particelle.

Il risultato di una misura dello spin, per esempio, dipende dall'interazione tra la configurazione della particella, la funzione d'onda e l'apparato. Non è necessario immaginare una piccola sfera dotata in anticipo di una componente di spin determinata lungo ogni possibile direzione.

La teoria è quindi contestuale rispetto alle osservabili diverse dalla configurazione fondamentale.

Conserva una realtà indipendente dall'osservazione, ma non un catalogo completo di valori classici preesistenti per tutte le osservabili.

Questo mostra che realismo e non contestualità non sono la stessa cosa.

La nonlocalità bohmiana

La meccanica bohmiana è esplicitamente nonlocale.

Quando più particelle sono entangled, la velocità di una particella può dipendere dalla configurazione delle altre anche quando si trovano a grande distanza. La funzione d'onda del sistema composto è definita nello spazio delle configurazioni e collega dinamicamente le parti.

Questa caratteristica permette alla teoria di riprodurre le violazioni delle disuguaglianze di Bell.

La nonlocalità non consente però, nelle condizioni ordinarie di equilibrio quantistico, di inviare segnali controllabili più velocemente della luce.

La teoria mostra che è possibile conservare determinismo, risultati unici e particelle dotate di posizioni definite, ma al prezzo di rinunciare alla causalità locale nel senso rilevante per il teorema di Bell.

Una questione importante consiste nel formulare questa ontologia in modo soddisfacente nel contesto relativistico e della teoria quantistica dei campi. Esistono formulazioni e sviluppi bohmiani relativistici e di teoria dei campi, ma l'integrazione della dinamica nonlocale con la struttura relativistica dello spaziotempo è più complessa rispetto al caso non relativistico e rimane un importante campo di ricerca.

Le teorie di collasso oggettivo

Le teorie di collasso oggettivo accettano che la riduzione dello stato sia un processo fisico reale.

Non dipende dalla coscienza, dalla conoscenza o dalla scelta arbitraria di un osservatore. Fa parte della dinamica della natura.

Nel 1986 Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini e Tullio Weber proposero il modello noto come GRW.

Secondo il modello originale, ciascun costituente microscopico subisce molto raramente una localizzazione spontanea e casuale. Per un singolo sistema microscopico, il processo è così raro da lasciare quasi inalterati i normali fenomeni quantistici.

Un oggetto macroscopico contiene però un numero enorme di costituenti. La probabilità che una localizzazione interessi uno di essi in un breve intervallo di tempo diventa quindi elevata. A causa delle correlazioni tra le parti del sistema, ciò sopprime rapidamente le sovrapposizioni macroscopiche di posizioni molto differenti.

Le sovrapposizioni microscopiche possono sopravvivere a lungo, mentre quelle macroscopiche vengono fortemente soppresse.

Il confine tra comportamento quantistico e classico non deve essere imposto semplicemente dall'esterno attraverso la presenza di un osservatore. Emerge dalla dinamica modificata.

Dal GRW al collasso continuo

Esistono diverse versioni delle teorie di collasso.

I modelli di localizzazione spontanea continua, spesso indicati con la sigla CSL, sostituiscono i salti discreti del modello GRW con un'evoluzione stocastica continua dello stato.

Altre proposte, come quella associata a Roger Penrose, suggeriscono che effetti gravitazionali possano rendere instabili determinate sovrapposizioni di distribuzioni di massa significativamente differenti.

Queste proposte affrontano direttamente il problema dei risultati determinati: la sovrapposizione macroscopica viene fisicamente soppressa e viene selezionato un unico esito.

Introducono però nuove costanti, nuovi processi stocastici e piccole deviazioni dalla meccanica quantistica standard. Alcune versioni possono inoltre comportare effetti energetici o emissioni spontanee che devono essere controllati teoricamente e sperimentalmente.

Proprio perché modificano la dinamica standard, sono in linea di principio sperimentalmente distinguibili.

Esperimenti con interferometria di sistemi sempre più massicci, rivelatori estremamente sensibili e ricerche di emissioni spontanee permettono di vincolare i parametri possibili dei modelli di collasso.

A differenza delle interpretazioni strettamente empiricamente equivalenti alla meccanica quantistica standard, le teorie di collasso possono quindi essere sottoposte a test capaci di escludere regioni del loro spazio dei parametri e, in linea di principio, di rivelare deviazioni dalla dinamica quantistica standard.

Il significato filosofico del collasso oggettivo

Le teorie di collasso propongono una realtà unica e fondamentalmente stocastica.

Prima del collasso esiste una sovrapposizione reale. Il processo spontaneo modifica casualmente lo stato, favorendo la localizzazione e producendo il risultato macroscopico effettivo.

Il caso non dipende semplicemente dalla nostra ignoranza. Appartiene alla dinamica fondamentale.

Questa concezione ricorda, in una forma fisicamente precisa, l'idea di un passaggio dalla possibilità all'attualità.

A differenza delle formulazioni tradizionali che associano la riduzione alla "misurazione", però, non è necessario attribuire un ruolo fondamentale all'osservazione. Il collasso avviene secondo una legge, anche in assenza di strumenti o esseri viventi.

Il prezzo consiste nel rinunciare all'esatta evoluzione unitaria della teoria standard e nell'introdurre una nuova dinamica che deve essere sottoposta a verifica sperimentale.

L'interpretazione relazionale

L'interpretazione relazionale della meccanica quantistica, sviluppata soprattutto da Carlo Rovelli, parte dall'idea che i valori delle proprietà fisiche non debbano necessariamente essere considerati assoluti rispetto a tutti i sistemi.

Il valore di una grandezza diventa definito relativamente a un altro sistema fisico nel corso di un'interazione.

Un elettrone può avere un determinato valore dello spin relativamente all'apparato con il quale ha interagito, mentre un altro sistema che non ha ancora interagito con quel laboratorio può utilizzare una descrizione differente.

Non esiste un osservatore privilegiato. Qualsiasi sistema fisico può svolgere il ruolo di sistema rispetto al quale un fatto quantistico diventa definito.

La parola "osservatore" non indica necessariamente una mente cosciente. Può trattarsi di un atomo, di un rivelatore o di un altro sistema fisico.

In questa prospettiva, il problema nasce quando cerchiamo di attribuire a tutte le proprietà valori assoluti e indipendenti da ogni relazione.

Realtà relazionale e filosofia

L'interpretazione relazionale presenta affinità con concezioni filosofiche secondo cui le relazioni hanno un ruolo fondamentale nella descrizione della realtà.

Leibniz aveva interpretato spazio e tempo come ordini di relazioni, invece che come contenitori assoluti. La relatività ha successivamente mostrato che diverse grandezze dipendono dal sistema di riferimento, pur conservando una struttura fisica oggettiva.

La RQM presenta una lontana analogia con queste concezioni relazionali precedenti, pur trattandosi di una struttura fisica e concettuale differente: applica la nozione di relatività delle proprietà alla descrizione degli eventi quantistici e degli stati rispetto ad altri sistemi.

L'analogia non deve essere spinta troppo lontano. Nella relatività, osservatori differenti possono collegare le proprie descrizioni mediante trasformazioni ben definite all'interno di una comune struttura spaziotemporale. Nella meccanica quantistica relazionale, la relazione tra fatti definiti rispetto a sistemi differenti presenta problemi concettuali specifici.

L'esperimento mentale dell'amico di Wigner rende il problema evidente. L'amico può registrare un risultato determinato relativamente alla propria interazione con il sistema, mentre Wigner, prima di interagire con il laboratorio, può descrivere quantisticamente il sistema composto in modo differente.

L'interpretazione relazionale sostiene che le descrizioni devono essere riferite ai rispettivi sistemi e non combinate come se appartenessero automaticamente a un unico punto di vista assoluto.

La sfida consiste nello spiegare precisamente come i diversi fatti relazionali risultino reciprocamente coerenti quando i sistemi interagiscono e confrontano le proprie registrazioni.

Il QBism

Il QBism, abbreviazione di Quantum Bayesianism, interpreta la meccanica quantistica dal punto di vista delle aspettative di un agente.

Lo stato quantistico non rappresenta una proprietà oggettiva posseduta dal sistema. Rappresenta le credenze probabilistiche di un agente riguardo alle conseguenze delle proprie possibili azioni sul mondo.

Le probabilità vengono interpretate in senso bayesiano personale. Non sono semplicemente frequenze oggettive già presenti nella natura, ma gradi di credenza dell'agente, soggetti a vincoli di coerenza.

La regola di Born non descrive il collasso di un'onda fisica. Nel QBism viene interpretata come una regola normativa empirica aggiuntiva che impone particolari relazioni tra le probabilità che un agente assegna alle conseguenze delle proprie possibili azioni.

Quando viene ottenuto un risultato, l'agente aggiorna il proprio stato quantistico alla luce della nuova esperienza.

Il collasso è quindi un aggiornamento delle credenze dell'agente, non un processo fisico che attraversa lo spazio.

Questo non significa, tuttavia, che il risultato sia una libera costruzione mentale. L'agente non controlla quale esperienza otterrà dall'interazione con il mondo.

Il QBism è idealismo?

Il ruolo attribuito all'agente può far sembrare il QBism una forma di idealismo o solipsismo.

I suoi sostenitori rifiutano questa interpretazione.

Esiste un mondo esterno che non viene creato dalla mente. L'agente agisce su di esso e riceve risultati che non può scegliere liberamente. La realtà oppone, per così dire, resistenza alle aspettative dell'agente e lo costringe ad aggiornarle.

Ciò che il QBism considera personale è lo stato quantistico e l'assegnazione delle probabilità, non l'esistenza stessa di un mondo esterno.

La teoria non cerca di rappresentare la realtà come se fosse osservata da un punto di vista assoluto esterno all'universo. È uno strumento utilizzato da agenti fisicamente situati nel mondo per organizzare le proprie aspettative sulle conseguenze delle proprie azioni.

La concezione presenta affinità con alcune forme di pragmatismo filosofico, secondo cui il significato dei concetti è collegato alle pratiche, alle azioni e alle conseguenze dell'esperienza.

Una delle questioni filosoficamente più discusse consiste nello spiegare il rapporto tra probabilità personali e carattere pubblico e condiviso della scienza. Perché agenti differenti possono raggiungere un accordo stabile sulle regolarità sperimentali? Quali caratteristiche oggettive del mondo rendono possibili tali regolarità comuni?

Il QBism insiste sul fatto che gli agenti condividono un mondo esterno e possono aggiornare le proprie aspettative attraverso l'esperienza e la comunicazione, ma non pretende di trasformare lo stato quantistico in una descrizione ontologica completa del mondo indipendente dall'agente.

Le storie consistenti

L'interpretazione delle storie consistenti o storie decoerenti fu sviluppata da Robert Griffiths, Roland Omnès, Murray Gell-Mann, James Hartle e altri studiosi.

Invece di concentrarsi su un'unica misurazione, questa impostazione considera sequenze temporali di proprietà o eventi quantistici, chiamate storie.

Una storia potrebbe descrivere una particella che si trova in una regione in un determinato momento, attraversa successivamente una determinata regione e viene infine rilevata.

Non tutte le possibili storie possono ricevere contemporaneamente normali probabilità. È necessario che appartengano a una famiglia che soddisfi appropriate condizioni di consistenza o decoerenza, tali da eliminare i termini di interferenza rilevanti tra le alternative considerate.

All'interno di una famiglia consistente possiamo ragionare probabilisticamente sulle storie come alternative esclusive.

Famiglie differenti possono però essere incompatibili. Non possiamo sempre combinare affermazioni provenienti da framework differenti in un'unica descrizione. Nella formulazione di Griffiths, questo principio viene espresso dalla cosiddetta single-framework rule.

Pluralità delle descrizioni

Le storie consistenti eliminano la necessità di attribuire un ruolo fondamentale alla misurazione.

Il formalismo può essere applicato anche a sistemi chiusi e, almeno in linea di principio, all'intero universo, senza postulare un osservatore esterno.

In appropriati regimi possono emergere famiglie quasiclassiche di storie nelle quali grandezze macroscopiche seguono evoluzioni approssimativamente classiche.

Dal punto di vista filosofico, questa interpretazione ammette una pluralità di framework legittimi ma non sempre combinabili.

Le descrizioni fisiche possono essere formulate attraverso differenti famiglie consistenti, senza che affermazioni appartenenti a famiglie incompatibili possano essere automaticamente fuse in un'unica narrazione classica.

La posizione presenta quindi affinità con alcune forme di pluralismo scientifico: più strutture descrittive possono essere appropriate in relazione a differenti domande senza essere necessariamente riducibili a una sola rappresentazione intuitiva.

La difficoltà consiste nel comprendere il significato fisico della scelta di una particolare famiglia di storie e lo statuto ontologico delle storie stesse: in che senso una determinata storia può essere considerata ciò che è realmente accaduto?

Le interpretazioni modali

Le interpretazioni modali cercano di conservare l'evoluzione unitaria assegnando comunque valori definiti ad alcune proprietà.

Non tutte le osservabili possiedono simultaneamente un valore determinato. Lo stato quantistico e la sua struttura selezionano, secondo differenti formulazioni modali, un insieme di proprietà che possono essere considerate effettive.

Le altre rimangono possibili.

Queste interpretazioni distinguono quindi tra ciò che è attuale e ciò che è possibile, senza introdurre necessariamente un collasso fisico fondamentale.

Il termine "modale" richiama proprio la filosofia delle modalità, cioè lo studio di possibilità, necessità e realtà.

La difficoltà consiste nello stabilire in modo naturale quali proprietà diventino determinate e nel mostrare che la regola adottata funzioni coerentemente per sistemi complessi e nel contesto relativistico.

L'interpretazione transazionale

L'interpretazione transazionale, proposta da John Cramer, utilizza una descrizione ispirata alle soluzioni ritardate e avanzate delle equazioni ondulatorie.

Nel linguaggio specifico dell'interpretazione, l'emettitore produce un'"onda di offerta", mentre l'assorbitore risponde con un'"onda di conferma". Una transazione completa stabilisce il processo quantistico tra emissione e assorbimento.

Queste onde non devono essere automaticamente immaginate come normali onde materiali classiche che viaggiano avanti e indietro nel tempo. Fanno parte della particolare interpretazione proposta da Cramer del formalismo quantistico.

Il risultato viene così interpretato attraverso una struttura globale che collega eventi nello spaziotempo, invece che attraverso l'immagine di un semplice segnale istantaneo inviato da una particella all'altra.

La proposta cerca di offrire un'immagine dell'entanglement e della riduzione quantistica collegando condizioni associate all'emissione e all'assorbimento.

Ma solleva problemi riguardo allo statuto fisico delle onde avanzate, alla formulazione relativistica e alla possibilità di distinguere sperimentalmente l'interpretazione da altre formulazioni empiricamente equivalenti.

Dal punto di vista filosofico, mostra ancora una volta che la meccanica quantistica può mettere in discussione la concezione ordinaria della causalità, secondo la quale la spiegazione fisica deve essere costruita esclusivamente attraverso influenze orientate dal passato verso il futuro.

L'interpretazione statistica

Secondo l'interpretazione statistica o d'insieme, associata storicamente anche ad alcune posizioni sostenute da Einstein, la funzione d'onda non deve necessariamente essere interpretata come descrizione completa di un singolo sistema. Descrive primariamente un insieme di sistemi preparati nello stesso modo.

Le probabilità vengono riferite soprattutto alle statistiche ottenibili su un insieme di preparazioni equivalenti, anziché essere interpretate necessariamente come proprietà probabilistiche ontologiche del singolo sistema.

Ripetendo molte volte la stessa preparazione e la stessa misura, le frequenze osservate tendono alle distribuzioni previste dalla teoria quantistica.

Questa concezione evita di attribuire automaticamente a una singola particella una sovrapposizione fisica interpretata letteralmente come ontologia completa.

Einstein sostenne spesso una lettura vicina a una concezione statistica o d'insieme. La funzione d'onda sarebbe statisticamente corretta, ma incompleta come descrizione del singolo sistema.

Il fatto che gli esperimenti possano essere eseguiti inviando una particella alla volta non costituisce di per sé un'obiezione decisiva a questa concezione, perché un insieme statistico può essere costruito attraverso molte preparazioni individuali ripetute nel tempo.

La difficoltà fondamentale è un'altra: considerare la funzione d'onda soltanto come descrizione statistica di un insieme non specifica quale sia la realtà fisica completa del singolo sistema e che cosa determini o produca il singolo risultato.

Per diventare una teoria ontologicamente completa, la concezione statistica deve quindi essere accompagnata da un'ulteriore descrizione degli stati individuali oppure rinunciare deliberatamente a fornirla.

Bell, Kochen-Specker e i limiti delle interpretazioni

Le interpretazioni non possono essere costruite arbitrariamente. Devono rispettare i risultati matematici e sperimentali della teoria.

Il teorema di Bell mostra che nessuna teoria che soddisfi le condizioni di causalità locale rilevanti, insieme alle altre assunzioni necessarie come l'indipendenza delle impostazioni, può riprodurre tutte le correlazioni previste dalla meccanica quantistica e osservate negli esperimenti.

La meccanica bohmiana conserva proprietà reali e risultati determinati, ma lo fa attraverso una dinamica nonlocale.

Il teorema di Kochen-Specker esclude, nelle condizioni matematiche alle quali si applica, una vasta classe di modelli nei quali tutte le osservabili possiedono valori preesistenti assegnati in modo non contestuale e coerente con le relazioni funzionali della teoria.

Una teoria realista può quindi sopravvivere, ma non può semplicemente riprodurre senza modifiche l'immagine classica di un catalogo completo di proprietà locali e non contestuali.

Questi teoremi non scelgono una singola interpretazione. Ne restringono lo spazio concettuale.

La filosofia non può ignorare la fisica. Qualunque teoria della realtà quantistica deve essere compatibile con i vincoli posti dai risultati di Bell e Kochen-Specker e con le correlazioni sperimentalmente osservate.

Il teorema PBR

Un altro risultato importante è il teorema formulato nel 2012 da Matthew Pusey, Jonathan Barrett e Terry Rudolph, noto come teorema PBR.

Esso riguarda il rapporto tra lo stato quantistico e un possibile stato fisico sottostante all'interno del quadro dei modelli ontologici.

In una concezione psi-epistemica di questo tipo, due funzioni d'onda differenti potrebbero corrispondere in parte agli stessi stati ontici sottostanti. La differenza tra le funzioni esprimerebbe allora almeno in parte una differenza nella conoscenza o informazione disponibile.

PBR mostrarono che, nel quadro dei modelli ontologici e assumendo, tra l'altro, una particolare forma di indipendenza della preparazione (preparation independence) per sistemi preparati indipendentemente, modelli nei quali distinti stati quantistici puri corrispondono a distribuzioni ontiche sovrapposte non possono riprodurre tutte le previsioni della meccanica quantistica.

Il teorema non dimostra semplicemente che la funzione d'onda sia una sostanza fisica materiale. Le sue conclusioni dipendono dalle assunzioni adottate e non eliminano ogni possibile interpretazione nella quale lo stato quantistico possieda un significato epistemico, informativo o relazionale.

Mostra però che trattare la funzione d'onda come semplice ignoranza classica riguardo a uno stato sottostante comune è molto più difficile di quanto possa sembrare.

Ancora una volta, una domanda filosofica sul significato della funzione d'onda conduce a conseguenze matematiche precise.

Realismo e strumentalismo

Le interpretazioni quantistiche possono essere collocate, con molte cautele, lungo un ampio spettro tra differenti forme di realismo e posizioni più strumentaliste o epistemiche.

La meccanica bohmiana è fortemente realista: esistono particelle, configurazioni determinate e una dinamica precisa.

Nelle letture many-worlds più comuni, lo stato quantistico universale e la sua struttura ramificata vengono interpretati realisticamente.

Le teorie di collasso attribuiscono realtà allo stato quantistico e al processo fisico di localizzazione o riduzione.

Le posizioni raggruppate sotto il nome di interpretazione di Copenaghen concentrano l'attenzione sui fenomeni e sulle condizioni sperimentali, mostrando differenti gradi di prudenza riguardo alla possibilità di costruire un'ontologia quantistica indipendente dal contesto della misura.

Il QBism interpreta lo stato come espressione delle aspettative probabilistiche personali dell'agente.

Nessuna di queste posizioni coincide semplicemente con la negazione del mondo esterno.

Il vero contrasto riguarda ciò che una teoria scientifica dovrebbe offrirci.

Deve soltanto prevedere correttamente le osservazioni? Deve descrivere le entità invisibili che producono i fenomeni? Deve fornire un'immagine intelligibile del mondo oppure è sufficiente un formalismo coerente e predittivamente efficace?

Questa è una delle questioni centrali della filosofia della scienza.

Semplicità matematica e semplicità ontologica

Ogni interpretazione può rivendicare una certa forma di semplicità.

L'interpretazione a molti mondi utilizza una dinamica fondamentale semplice: l'evoluzione unitaria. Ma interpreta la struttura risultante come una realtà ramificata estremamente vasta.

La meccanica bohmiana conserva un solo risultato effettivo e configurazioni definite, ma aggiunge una configurazione reale delle particelle e una legge di guida.

Le teorie di collasso conservano un solo risultato macroscopico, ma modificano la dinamica introducendo nuovi parametri e processi stocastici.

Il QBism riduce gli impegni ontologici attribuiti allo stato quantistico, ma assegna un ruolo fondamentale alla prospettiva probabilistica dell'agente.

La semplicità può quindi riguardare:

• il numero delle equazioni;
• il numero delle entità;
• la chiarezza dei concetti;
• l'assenza di eccezioni;
• la compatibilità con le altre teorie;
• la capacità di produrre nuove previsioni.

Non esiste un unico criterio automatico.

Il principio del rasoio di Occam invita a non moltiplicare le entità o le ipotesi senza necessità. Ma non stabilisce automaticamente se sia più eccessivo postulare molti rami, una dinamica di collasso o variabili aggiuntive nonlocali.

Anche il giudizio di semplicità contiene quindi una componente filosofica.

La sottodeterminazione delle teorie

Quando più interpretazioni producono le stesse previsioni, i dati disponibili possono non essere sufficienti per scegliere tra esse.

Questo problema viene chiamato sottodeterminazione: l'evidenza empirica disponibile può essere compatibile con più concezioni teoriche.

La sottodeterminazione non significa che tutte le interpretazioni siano ugualmente valide.

Possiamo confrontarle attraverso altri criteri:

• coerenza interna;
• chiarezza ontologica;
• potere esplicativo;
• semplicità;
• compatibilità con la relatività e la teoria quantistica dei campi;
• capacità di trattare l'intero universo;
• possibilità di generare nuove verifiche sperimentali.

Le teorie di collasso, per esempio, possono produrre deviazioni dalla meccanica quantistica standard e quindi essere sottoposte a test sperimentali che ne restringono i parametri. Altre interpretazioni possono invece rimanere empiricamente equivalenti nei domini attualmente accessibili.

La scelta tra concezioni empiricamente equivalenti può quindi dipendere anche da valori teorici e filosofici.

La fisica non procede soltanto accumulando osservazioni. Deve anche costruire modelli e decidere quali spiegazioni considerare soddisfacenti.

Il problema dell'osservatore

Le interpretazioni attribuiscono ruoli differenti all'osservatore.

Nelle formulazioni tradizionali associate a Copenaghen, l'apparato descritto classicamente occupa un posto particolare nella definizione e registrazione del fenomeno.

Nei molti mondi, l'osservatore è un sistema quantistico che diventa correlato con differenti componenti della struttura ramificata.

Nella meccanica bohmiana, osservatore e apparato sono sistemi materiali dotati di configurazioni determinate e guidati dalla funzione d'onda.

Nelle teorie di collasso, la riduzione avviene fisicamente anche senza osservatori.

Nell'interpretazione relazionale, qualsiasi sistema fisico può svolgere il ruolo di riferimento rispetto al quale una proprietà diventa definita.

Nel QBism, l'agente utilizza il formalismo per organizzare le proprie aspettative riguardo alle conseguenze delle proprie azioni sul mondo.

Queste differenze riflettono concezioni filosofiche differenti del rapporto tra soggetto, descrizione e oggetto.

L'ideale classico viene spesso associato alla ricerca di una descrizione indipendente dalla particolare prospettiva dell'osservatore. La meccanica quantistica mostra quanto sia difficile eliminare completamente dalla formulazione operativa della teoria le condizioni attraverso le quali il mondo viene interrogato.

Ma riconoscere il ruolo dell'osservatore, del sistema di riferimento o dell'apparato non significa necessariamente attribuire alla coscienza un potere causale speciale.

L'osservatore può essere semplicemente una parte fisica del mondo che interagisce con un'altra parte.

Quale interpretazione è corretta?

Non esiste attualmente una risposta condivisa.

Le posizioni raggruppate sotto il nome di Copenaghen rimangono influenti nella pratica e nella didattica. I molti mondi attraggono chi vuole conservare l'evoluzione unitaria universale. La meccanica bohmiana offre un'ontologia deterministica con configurazioni definite. Le teorie di collasso trasformano parte del problema in una questione sperimentale. Le interpretazioni relazionali e il QBism ripensano il significato dello stato e dell'osservatore. Le storie consistenti cercano di descrivere sistemi chiusi senza attribuire alla misurazione un ruolo dinamico fondamentale.

Ognuna risolve alcuni problemi e ne apre altri.

Non è sufficiente scegliere quella che sembra più intuitiva. Le intuizioni derivano dal mondo macroscopico e possono essere inadatte alla struttura quantistica.

Non è neppure sufficiente scegliere quella che utilizza meno parole o meno simboli. Una teoria deve essere valutata per la sua coerenza complessiva, il suo potere esplicativo e il rapporto con il resto della fisica.

È possibile che futuri esperimenti distinguano alcune proposte. È possibile che una teoria della gravità quantistica trasformi profondamente il problema. È anche possibile che alcune interpretazioni empiricamente equivalenti continuino a convivere, mentre altre proposte che modificano la dinamica vengano progressivamente discriminate da nuovi esperimenti.

La filosofia entra nelle equazioni

Le interpretazioni mostrano che concetti filosofici apparentemente astratti possono influenzare la costruzione e la valutazione delle teorie fisiche.

Il realismo conduce a chiedere quali entità possano essere considerate esistenti indipendentemente dalla misura.

L'empirismo invita a mantenere uno stretto rapporto tra affermazioni teoriche ed evidenza osservabile.

Il pragmatismo richiama l'attenzione sull'uso dei concetti e sulle loro conseguenze.

Le concezioni deterministiche interpretano l'evoluzione come completamente fissata dallo stato fisico e dalle leggi, mentre quelle indeterministiche ammettono eventi non univocamente determinati dalle condizioni precedenti.

Il sostanzialismo attribuisce priorità agli oggetti o alle sostanze.

Il relazionalismo attribuisce un ruolo fondamentale ai rapporti tra sistemi.

L'olismo considera alcune proprietà dello stato del tutto non riducibili semplicemente alle proprietà autonome delle parti.

Queste non sono soltanto decorazioni filosofiche aggiunte dopo la fisica. Influenzano ciò che consideriamo una spiegazione accettabile e quali elementi riteniamo reali.

Allo stesso tempo, la fisica limita la filosofia. Bell e Kochen-Specker pongono vincoli formali alle possibili descrizioni della realtà; la decoerenza, gli esperimenti di interferenza e l'intero insieme dei risultati quantistici forniscono ulteriori vincoli fisici che ogni interpretazione deve spiegare.

Fisica e filosofia si correggono reciprocamente.

Una teoria, molte realtà possibili

Le principali interpretazioni possono essere riassunte attraverso le risposte che offrono alle domande fondamentali.

Nelle diverse letture raggruppate sotto il nome di Copenaghen, il formalismo viene collegato ai risultati attraverso il contesto sperimentale e le regole della misurazione, senza che esista una comune ontologia univoca condivisa da tutte le versioni.

Nei molti mondi, l'evoluzione quantistica universale non collassa e i differenti risultati vengono rappresentati in rami differenti della struttura dello stato quantistico.

Nella meccanica bohmiana, esistono particelle con posizioni definite, guidate da una funzione d'onda attraverso una dinamica nonlocale.

Nelle teorie di collasso, lo stato quantistico subisce modificazioni fisiche spontanee che sopprimono le sovrapposizioni macroscopiche e producono un unico risultato.

Nell'interpretazione relazionale, le proprietà diventano definite relativamente alle interazioni tra sistemi.

Nel QBism, lo stato quantistico rappresenta le aspettative probabilistiche di un agente riguardo alle conseguenze delle proprie interazioni con il mondo.

Nelle storie consistenti, le descrizioni fisiche vengono formulate mediante famiglie consistenti di storie alle quali possono essere assegnate probabilità, senza combinare arbitrariamente framework incompatibili.

Tutte cercano, in modi differenti, di rendere intelligibile la stessa straordinaria struttura empirica della fisica quantistica, ma propongono concezioni differenti di ciò che il formalismo significa e, in molti casi, di ciò che esiste.

La meccanica quantistica ci presenta quindi una situazione sorprendente: possiamo sapere con enorme precisione che cosa aspettarci da un esperimento senza possedere un consenso altrettanto preciso su quale immagine della realtà renda possibile quel risultato.

Dal problema della realtà al problema del caso

Le interpretazioni non divergono soltanto su ciò che esiste.

Divergono anche sul significato del caso.

Nella meccanica bohmiana, l'evoluzione fondamentale è deterministica e la probabilità è collegata alla distribuzione delle configurazioni e alla nostra mancata conoscenza della configurazione effettiva iniziale.

Nelle teorie di collasso, il caso è un elemento reale e irriducibile della dinamica fondamentale.

Nei molti mondi, l'evoluzione globale è deterministica e unitaria, mentre gli osservatori sperimentano risultati che appaiono probabilistici all'interno della struttura ramificata; il significato e la giustificazione precisa delle probabilità rimangono però oggetto di discussione.

Nel QBism, la probabilità esprime le aspettative personali dell'agente, vincolate dalla struttura normativa della teoria.

Nelle formulazioni tradizionali associate a Copenaghen, la teoria assegna probabilità fondamentali ai possibili risultati, senza che tutte le versioni condividano una medesima spiegazione ontologica di tale probabilità.

La stessa struttura statistica può quindi essere interpretata come conseguenza di configurazioni sconosciute, indeterminazione fondamentale, ramificazione, aggiornamento delle aspettative o in altri modi ancora.

Questo conduce direttamente al problema del prossimo capitolo.

La meccanica quantistica ha davvero eliminato il determinismo? Un evento casuale è necessariamente privo di causa? La probabilità appartiene al mondo oppure alla nostra conoscenza? E se la natura non determina univocamente il singolo risultato, questo ha davvero qualche conseguenza per il problema filosofico della libertà?

Dopo aver esaminato le diverse immagini della realtà, dobbiamo quindi affrontare tre concetti che attraversano l'intera storia della fisica e della filosofia:

caso, necessità e causalità.