Uno degli aspetti più sconcertanti della meccanica quantistica è che le minuscole particelle subatomiche non sembrano "scegliere" uno stato finché un osservatore esterno non lo misura. L'atto della misurazione converte tutte le vaghe possibilità di ciò che potrebbe accadere in un risultato definito e concreto. Sebbene la matematica della meccanica quantistica fornisca le regole per il funzionamento di questo processo, la matematica non spiega realmente cosa significhi in termini pratici;
Un'idea è che la coscienza — la consapevolezza di noi stessi e dell'impatto che abbiamo su ciò che ci circonda — gioca un ruolo chiave nella misurazione e che è la nostra esperienza dell'universo a convertirlo da meramente immaginario a veramente reale.
Ma se questo è il caso, è possibile che la coscienza umana possa spiegare alcune delle stranezze della meccanica quantistica?
Misura quantistica
La meccanica quantistica è la regola che governa lo zoo di particelle subatomiche che compongono l'universo. La meccanica quantistica ci dice che viviamo in un mondo fondamentale non deterministico. In altre parole, almeno per quanto riguarda il mondo delle particelle minuscole, è impossibile, per quanto gli scienziati siano abili nel progettare gli esperimenti o per quanto conoscano perfettamente le condizioni iniziali dell'esperimento, prevedere con certezza l'esito di qualsiasi esperimento. Conoscete la forza che agisce su un protone? Non c'è una posizione fissa in cui è certo che si troverà tra qualche secondo; c'è solo un insieme di probabilità di dove potrebbe trovarsi.
Per fortuna, questo indeterminismo si manifesta solo nel mondo subatomico; nel mondo macroscopico, tutto funziona secondo leggi fisiche deterministiche (e no, non siamo esattamente sicuri del perché di questa scissione, ma questo è un problema per un altro giorno).
Quando i fisici eseguono un esperimento sui sistemi quantistici (ad esempio, cercando di misurare i livelli energetici di un elettrone in un atomo), non sono mai sicuri della risposta che otterranno. Invece, le equazioni della meccanica quantistica predicono le probabilità di questi livelli energetici. Una volta che gli scienziati conducono l'esperimento, tuttavia, ottengono uno di questi risultati e tutto d'un tratto l'universo diventa di nuovo deterministico; una volta che gli scienziati conoscono il livello energetico dell'elettrone, ad esempio, sanno esattamente cosa farà, perché la sua "funzione d'onda" collassa e la particella sceglie un determinato livello energetico.
Questo passaggio dall'indeterminismo al determinismo è assolutamente strano e non esiste nessun'altra teoria fisica che operi nello stesso modo. Cosa rende l'atto della misurazione così speciale? Nell'universo avvengono continuamente una miriade di interazioni quantistiche. Quindi queste interazioni subiscono lo stesso tipo di ribaltamento anche quando nessuno guarda?
Il ruolo della coscienza
L'interpretazione standard della meccanica quantistica, nota come interpretazione di Copenhagen, dice di ignorare tutto questo e di concentrarsi solo sui risultati. Secondo questa visione, il mondo subatomico è fondamentalmente imperscrutabile e non si dovrebbe cercare di sviluppare immagini coerenti di ciò che accade. Gli scienziati dovrebbero invece ritenersi fortunati perché almeno possono fare previsioni utilizzando le equazioni della meccanica quantistica.
Ma per molte persone questo non è soddisfacente. Sembra che ci sia qualcosa di incredibilmente speciale nel processo di misurazione che appare solo nella teoria quantistica. Questa particolarità diventa ancora più evidente se si confronta la misurazione con, ad esempio, qualsiasi altra interazione.
Per esempio, in una nube di gas lontana, nelle profondità dello spazio interstellare, non c'è nessuno, nessuno ci guarda. Se, all'interno di quella nube di gas, due atomi si urtano, si tratta di un'interazione quantistica, quindi dovrebbero applicarsi le regole della meccanica quantistica. Ma non c'è nessuna "misurazione" e nessun risultato; è solo una delle trilioni di interazioni casuali che avvengono ogni giorno, non osservate dall'uomo. Quindi le regole della meccanica quantistica ci dicono che l'interazione rimane indeterministica;
Ma se quegli stessi due atomi si scontrano in un laboratorio, gli scienziati possono misurare e registrare ciò che è accaduto. Poiché si è verificata una misurazione, le stesse regole della meccanica quantistica ci dicono che l'indeterminismo si è capovolto diventando deterministico; questo è ciò che mi ha permesso di scrivere un risultato concreto.
Cosa c'è di così diverso tra questi due casi? Entrambi coinvolgono particelle subatomiche che interagiscono con altre particelle subatomiche. E ogni fase del processo di misurazione coinvolge particelle subatomiche a un certo livello, quindi non ci dovrebbe essere una fuga dalle consuete regole quantistiche che dicono che il risultato dovrebbe essere indeterminato.
Alcuni teorici, come il pioniere della fisica quantistica Eugene Wigner (si apre in una nuova scheda), sottolineano che l'unica differenza tra questi due scenari è che uno prevede un osservatore cosciente e pensante e l'altro no. Pertanto, quello che in meccanica quantistica viene chiamato "collasso" (il passaggio da probabilità indeterministiche a un risultato concreto) si basa sulla coscienza.
Sogni dell'universo
Poiché la coscienza è così importante per gli esseri umani, tendiamo a pensare che abbia qualcosa di speciale. Dopo tutto, gli animali sono le uniche entità coscienti conosciute nell'universo. Un modo per interpretare le regole della meccanica quantistica è seguire la logica di cui sopra fino all'estremo: Ciò che chiamiamo misurazione è in realtà l'intervento di un agente cosciente in una catena di interazioni subatomiche altrimenti banali.
Questa linea di pensiero richiede che la coscienza sia diversa da tutta la fisica dell'universo. Altrimenti, gli scienziati potrebbero (e lo fanno) sostenere che la coscienza è essa stessa solo la somma di varie interazioni subatomiche. Se così fosse, non c'è un punto finale nella catena di misurazione. E se è così, allora ciò che gli scienziati fanno in laboratorio non è diverso da ciò che accade nelle nubi di gas casuali.
Sebbene non sia una teoria strettamente fisica, il concetto di coscienza come diversa e separata dall'universo materiale ha una lunga tradizione in filosofia e teologia.
Tuttavia, fino a quando qualcuno non riuscirà a trovare un modo per testare questo concetto di coscienza come separato dal resto delle leggi fisiche in un esperimento scientifico, dovrà rimanere nel regno della filosofia e della speculazione.
Questo fa parte di una serie in corso che descrive le potenziali interpretazioni della meccanica quantistica.
