Il brillante errore di Einstein: gli stati correlati - Chad Orzel

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

Quando pensiamo a Einstein e alla fisica, probabilmente la prima cosa che ci viene in mente è E=mc^2. Ma uno dei suoi più grandi contributi in questo campo in realtà proviene da una strana postilla filosofica in un saggio del 1935 al quale collaborò, che si rivelò errato. Chad Orzel ci spiega il saggio EPR di Einstein e le deduzioni che vi si trovano riguardo lo strano fenomeno degli stati correlati. Lezione di Chad Orzel, animazione di Gunborg/Banyai.

Albert Einstein ebbe un ruolo chiave
nel promuovere la meccanica quantistica

attraverso la teoria
dell'effetto fotoelettrico

ma continuò a preoccuparsi
per le sue implicazioni filosofiche.

E nonostante sia ricordato
per aver ricavato E=MC^2,

il suo ultimo grande contributo
alla fisica fu un saggio del 1935,

in collaborazione con i colleghi
Boris Podolski e Nathan Rosen.

Considerato come un'insolita
postilla filosofica fino agli anni '80,

ora il saggio EPR è diventato fulcro
di una reinterpretazione della quantistica,

grazie alla descrizione
di uno strano fenomeno

conosciuto come stato di entanglement.

Il saggio inizia con l'analisi

di una fonte
che emette coppie di particelle,

ognuna con due proprietà misurabili.

Entrambe le misurazioni
hanno due risultati possibili

di eguale probabilità.

Diciamo zero o uno
per la prima proprietà,

e A o B per la seconda.

Una volta effettuata la misurazione

le misurazioni successive

di quella proprietà nella stessa particella

daranno lo stesso risultato.

La strana implicazione di questo scenario

non è solo che lo stato
di una singola particella

è indeterminato finché non viene misurato,

ma che la misurazione
ne determini allora lo stato.

C'è di più: le misurazioni
influiscono l'una sull'altra.

Misurando una particella
che vi risulta nello stato 1

e proseguendo
con il secondo tipo di misurazione

avrete il 50% di probabilità
di ottenere A o B,

ma se ripetete la prima misurazione

avrete un 50% di possibilità
di ottenere 0

anche se la particella
era già stata misurata a 1.

Quindi il cambio di proprietà
da misurare altera il risultato originale,

permettendo un nuovo valore casuale.

Le cose si fanno ancora più strane
se esaminate entrambe le particelle.

Ognuna produce risultati casuali,

ma se le paragonate

scoprirete che sono sempre
perfettamente correlate.

Ad esempio, se entrambe le particelle
sono misurate a zero

ci sarà sempre una relazione tra loro.

I loro stati sono entangled.

Misurandone uno si saprà
l'altro con certezza assoluta.

Ma l'entanglement contrasta
la teoria della relatività di Einstein

poiché nulla limita
la distanza tra particelle.

Se ne misurate una a New York alle 12,

e l'altra a San Francisco
un nanosecondo più tardi,

daranno comunque lo stesso risultato.

Ma se è la misurazione
a determinarne il valore,

ciò richiederebbe che una particella
mandi una sorta di segnale all'altra

13 milioni di volte più veloce della luce,

che, secondo la relatività, è impossibile.

Per questo, Einstein considerava
l'entanglement una "spuckafte ferwirklung"

cioè una azione spettrale a distanza.

Pensava che la quantistica
dovesse essere incompleta,

un'approssimazione
di una realtà più complessa

in cui entrambe le particelle

hanno stati predeterminati
che non possiamo conoscere.

I sostenitori ortodossi
della teoria quantistica

capitanati da Niels Bohr

affermavano che gli stati quantistici
sono davvero sostanzialmente indeterminati

e che l'entanglement
permette allo stato di una particella

di dipendere da quello della sua partner.

Per 30 anni la fisica restò in un'impasse,

fino a che John Bell capì
che la chiave per provare le tesi dell'EPR

è esaminare i casi che coinvolgono
diverse misurazioni nelle due particelle.

Le teorie delle variabili nascoste locali
promosse da Einstein, Podolsky e Rosen,

limitavano strettamente quanto spesso
si possono ottenere risultati come 1A o B0

dal momento che i risultati
dovrebbero essere definiti in anticipo.

Bell dimostrò
che il mero approccio quantistico,

in cui lo stato è davvero
indeterminato finché non viene misurato,

ha molti limiti e predice
risultati di misurazione misti

che sono impossibili
nello scenario predeterminato.

Una volta che Bell sviluppò
come testare le teorie EPR,

i fisici iniziarono a provarci.

A partire da John Clauster
e Alain Aspect tra gli anni '70 e '80

dozzine di esperimenti
hanno testato il pronostico dell'EPR

e tutte hanno provato la stessa cosa:

la meccanica quantistica è corretta.

Le correlazioni tra gli stati entangled
indeterminati delle particelle sono reali

e non possono essere spiegate
da nessuna variabile più complessa.

Il saggio EPR si rivelò errato
ma in una maniera brillante.

Spingere i fisici a pensare a fondo
ai fondamenti della fisica quantistica,

li portò a elaborazioni
successive della teoria

e aiutò a promuovere ricerche
in ambiti come l'informatica quantistica,

un campo in crescita, con il potenziale

di creare computer
con potenze incomparabili.

Purtroppo la casualità
dei risultati calcolati

impedisce scenari fantascientifici,

come l'utilizzo di particelle entangled

per mandare messaggi
più veloci della luce.

Quindi la relatività è al sicuro, per ora.

Ma l'universo quantistico
è più strano di quanto Einstein credesse.