Meccanica Quantistica

[Aspie96]

Comunque sì, lo spin è secondo alcune interpretazioni, la rotazione di un elettrone sul suo asse.

[Martianbuddy]

In che senso secondo alcune interpretazioni? Ce ne sono altre?
Oltre al fatto che ancora non si capisce il perché dell'entanglement, quali sono le teorie più accreditate? Cosa si pensa che sia? E perché?

[Aspie96]

In che senso secondo alcune interpretazioni? Ce ne sono altre?

Alcuni parlano dello spin dando per scontato che sia una rotazione.
Altri dicono che non è da considerarsi una rotazione, ma una proprietà quantistica.

Fondamentalmente, poco importa.

Oltre al fatto che ancora non si capisce il perché dell'entanglement, quali sono le teorie più accreditate? Cosa si pensa che sia? E perché?

Non ci sono teorie molto accreditate su cosa si nasconda dietro l'entanglement (né ricordo le poche presenti, mai provate e mai supportate da dati scientifici).
È una di quelle cose che succedono e noi ne prendiamo atto.

[Martianbuddy]

Non ci sono teorie molto accreditate su cosa si nasconda dietro l'entanglement (né ricordo le poche presenti, mai provate e mai supportate da dati scientifici).
È una di quelle cose che succedono e noi ne prendiamo atto.

Ma si pensa che ci possa essere una comunicazione tra le due particelle? O che in qualche modo una volta entangled le due facciano parte di un'unico organismo?
Perché come potrebbe esserci comunicazione tra le due visto che le informazioni viaggiano massimo a c? E anche se ipoteticamente si superasse quel limite ci sarebbe cmq (in base alla distanza) una discrepanza di tempo con il quale l'effetto si applicherebbe all'altra particella.
Perché se davvero come dici l'effetto è istantaneo, allora la velocità non centra.

[Aspie96]

Infatti la velocità non c'entra.

È come se l'universo fosse piegato lungo extradimensioni, in modo che le due particelle arrivino praticamente a toccarsi.

[Martianbuddy]

Ok, e non può essere che il fatto stesso di correlarle le faccia essere una cosa sola in qualche modo, o che una volta correlate, le due particelle acquisiscano proprietà quantistiche tali da far si che ognuna (non so dove, è una specie di esempio) conservi una copia esatta dell'altra con la quale interagisce come se fosse una fusione? E quindi non c'è più la distanza?

Perché secondo me la distanza non centra niente, è ininfluente, ma è una questione che si verifica quando si correlano, li avviene qualcosa che ancora non è stato capito, il fatto della distanza ci sbalordisce perché non credevamo fosse possibile, ma continuano ad essere irrilevanti le nostre conoscenze dal punto di vista delle particelle, loro funzionano a prescindere da questo...

[Aspie96]

Ok, e non può essere che il fatto stesso di correlarle le faccia essere una cosa sola in qualche modo, o che una volta correlate, le due particelle acquisiscano proprietà quantistiche tali da far si che ognuna (non so dove, è una specie di esempio) conservi una copia esatta dell'altra con la quale interagisce come se fosse una fusione? E quindi non c'è più la distanza?

Possibile.

Perché secondo me la distanza non centra niente, è ininfluente, ma è una questione che si verifica quando si correlano, li avviene qualcosa che ancora non è stato capito, il fatto della distanza ci sbalordisce perché non credevamo fosse possibile, ma continuano ad essere irrilevanti le nostre conoscenze dal punto di vista delle particelle, loro funzionano a prescindere da questo...

Chiaro.

[Martianbuddy]

E ora proviamo a ribaltare il punto di vista (e a spararle grosse):
Non può essere che invece sia la distanza ad essere tutto ciò che non è correlato?
E non una cosa che si misura con il metro?
Tipo che se un qualcosa ha questa correlazione quantistica, allora per definizione queste cose siano una cosa sola?
È come se la correlazione annullasse il concetto di distanza e permettesse il cambiamento da uno stato all'altro, come se l'oggetto in questione avesse un canale di comunicazione non dipendente dallo spazio, come se fossero unite in una sola le due particelle.
C'è un modo per verificare che due particelle non siano una sola?
E dopo l'entanglement, dove cambiando lo spin di una cambia anche lo spin dell'altra, la cosa finisce qui o oltre a cambiare il verso dove girare cambia anche l'intensità di rotazione o qualcos'altro?

[Aspie96]

C'è un modo per verificare che due particelle non siano una sola?

No. Non che io sappia, almeno.

E dopo l'entanglement, dove cambiando lo spin di una cambia anche lo spin dell'altra, la cosa finisce qui o oltre a cambiare il verso dove girare cambia anche l'intensità di rotazione o qualcos'altro?

L'intensità di rotazione di un elettrone è sempre la stessa.

[francesco.aliotta]

Martianbuddy ha scritto:

Ok, altra domanda: se per esempio si correlano due elettroni che come hai detto tu hanno sempre spin opposto (lo spin è la rotazione?) e si cambia lo spin di uno, l'altro elettrone anche cambierà e continuera ad avere spin opposto? Questo succede?

Si, nel caso degli elettroni succede sempre così. Questo avviene perché gli elettroni sono fermioni (cioè particelle che obbediscono alla statistica di Fermi). I fermioni sono particelle a spin semi-intero ed una caratteristica delle particelle a spin semi-intero è che, all'interno dello stesso sistema, due particelle non possono condividere lo stesso stato. Quando faccio interagire due elettroni, l'interazione tra di essi implica che l'insieme dei due elettroni costituisce un unico sistema. Il sistema va all'equilibrio grazie allo scambio di energia tra i due elettroni. Raggiunto l'equilibrio il sistema è descrivibile da un'unica funzione (quella che chiamiamo stato del sistema) e divengono indistinguibili in tutto, a parte il fatto di possedere spin opposti.
Questa spiegazione è tutt'altro che rigorosa ma è sufficientemente corretta e spero che sia comprensibile anche senza conoscenze di fisica.
Il fatto che debbano possedere spin opposto è una necessità facilmente dimostrabile con l'aiuto della matematica. Senza matematica...posso solo chiederti di credermi. Così come, senza matematica evito di provare a dirti cosa sia la statistica di Fermi.

Fatta questa premessa occorre chiarire cosa sia lo spin. Al di là del nome che è certamente suggestivo di una rotazione, lo spin non è altro che una delle proprietà che descrivono la nostra particella quantistica. Il nome non deriva dal fatto che si tratti o meno di una rotazione. Deriva semplicemente dal fatto che ciò che si chiama l'autovalore corrispondente a questa quantità (ciò che posso misurare in un esperimento) ha dimensioni fisiche che rimandano alla rotazione. Qui bisogna fare molta attenzione a ciò che si dice. Quando descriviamo la particella e diciamo che questa ha uno spin ci stiamo solo riferendo ad una delle sue proprietà quantistiche. Così è anche quando parliamo di una quantità di moto o di un momento. Parliamo di proprietà quantistiche che hanno le stesse dimensioni di una quantità classica (legata alla massa ed alla velocità della particella). Ma le analogie sono pericolose ed è per questo che suggerisco di lasciarle perdere. Parlando di elettroni, spin e momenti sono solo nomi che sono stati dati ad alcuni parametri che entrano nella descrizione matematica della particella. Non bisogna assolutamente pensare che la particella stia realmente ruotando intorno ad un asse o che stia muovendosi ad una certa velocità. Momenti angolari e velocità sono quantità classiche che non appartengono al mondo quantistico. Accontentati di immaginare che esista una maniera per descrivere tutto ciò che siamo riusciti a sapere su quell'elettrone in termini di una funzione di varie proprietà (spin, momento etc.).
Le analogie sono pericolose perché ti portano a paradossi apparenti. O ti portano a vedere misteri dove misteri non ce ne sono veramente. Le analogie sono utili quando hai compreso a fondo il significato matematico della teoria. A questo punto puoi iniziare a discutere sui possibili significati più profondi della teoria e quindi puoi iniziare a parlare di interpretazioni. Iniziare dalle interpretazioni, può apparire affascinante ma può indurti a dare alla teoria significati che essa non ha.

Dal punto di vista puramente formale della teoria, ad esempio, l'entanglement è un concetto immediato e banale. In base a quanto ti ho detto all'inizio, quando faccio interagire i due elettroni so per certo che essi avranno spin opposto. Ma, sullo spin, non so nulla di più. So soltanto quale sarà la distribuzione di probabilità di avere un certo risultato quando andrò a fare una misura dell'autovalore dello spin di quell'elettrone (cosa che ottengo tramite l'interazione con uno strumento di misura, cosa che mi fornisce un valore determinato in quanto mi rimanda nel mondo classico). Nell'esperimento di cui si parla, i due elettroni vengono lasciati liberi di allontanarsi indefinitamente dopo che è avvenuta l'interazione. Ed è richiesto che, durante il viaggio, ognuno di essi non interagisca con nulla, sia cioè un sistema isolato. Ciò vuol dire che gli elettroni non scambiano informazioni con niente, il che vuol dire che, singolarmente, ognuno di essi conserva le informazioni che aveva al momento dell'interazione con l'altro. Ora, un osservatore misura lo spin di un elettrone. Registrerà un valore a caso dentro la rosa di probabilità già prestabilite. Un secondo osservatore effettua una seconda misura sull'altro elettrone. Le due misure sono effettuate entro un intervallo di tempo inferiore a quello necessario alla luce per viaggiare tra il primo e il secondo osservatore. Che spin misurerà il secondo osservatore? La risposta è ovvia: misurerà uno spin opposto a quello misurato dal primo. Questo non vuol dire che è stata trasmessa informazione tra i due elettroni a velocità più alta di quella della luce. Non occorre assolutamente alcun segnale. Perché io sapevo già a priori che i due spin dovevano essere opposti, anche se non sapevo nulla sul valore di ognuno dei due singoli spin. Non occorre un segnale perché non occorre nessuna altra informazione. Anzi, se dopo aver misurato i due spin i due osservatori scoprissero che i valori misurati sono gli stessi, allora si che dovrebbero stupirsi. Perché vorrebbe dire che l'informazione immagazzinata al momento dell'interazione è stata alterata durante il viaggio. E dovrebbero chiedersi: chi ha fornito l'ulteriore informazione necessaria all'alterazione osservata? Ho provato a dirla a parole ma questo è, abbastanza fedelmente, ciò che dicono le equazioni.
Tutto il resto fa parte dei tentativi interpretativi fatti per cercare di visualizzare in una maniera intuitivamente più accettabile quali siano i significati dei parametri che entrano nella funzione d'onda e che costituiscono matematicamente le informazioni che abbiamo prima della misura. Ma la formulazione è chiara, abbastanza semplice in definitiva, e non ha alcuna ambiguità. Ripeto, le ambiguità sono squisitamente interpretative. E nessuno degli esperimenti sin qui tentati per comprendere il significato dell'entanglement ha mai mostrato la propagazione di un segnale a velocità superiori a quella della luce.