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Domande frequenti sull'entanglement: EPR, variabili nascoste, teorema di Bell, e altro — Transcript

by Amedeo Balbi · 2,326 words · 383 segments · language en · Watch on YouTube

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0:00dopo il filo della volta scorsa su
0:02lentamente mi avete fatto molte domande
0:03e un po me l'aspettavo perché la
0:05meccanica quantistica è un argomento che
0:06suscita sempre un grande interesse è
0:10oggettivamente ci sono molti aspetti non
0:12facili che creano confusione perché sono
0:15molto diversi dal mondo classico di cui
0:18abbiamo esperienza nella vita di tutti i
0:19giorni in realtà per parlare bene di
0:22meccanica quantistica sarebbe necessario
0:24introdurre chiarire molti concetti
0:27preliminari e questo naturalmente non è
0:29possibile farlo in un solo video ci
0:31vorrebbe una serie che è una cosa che mi
0:33piacerebbe fare prima o poi ma che
0:36richiede tempo per pianificarla e
0:38farla nel migliore dei modi quindi
0:41abbiate pazienza perché penso che prima
0:43o poi arriverà una serie sulla meccanica
0:46quantistica ovviamente continuate a
0:47seguire il canale se non l'avete fatto
0:49iscrivetevi e attivate le notifiche per
0:51non perdervi per non perdervi gli
0:53aggiornamenti
0:54detto questo proviamo a chiarire alcuni
0:57dei dubbi rimasti dopo il video
0:59precedente
1:00[Musica]
1:06allora intanto una cosa che mi avete
1:08chiesto è come faccio a creare due
1:10particelle in entanglement questa di per
1:13sé non è una cosa complicatissima
1:15difficile non è tanto produrre due
1:18particelle in entanglement quanto come
1:21ho detto nel video mantenerle in
1:23entanglement perché qualunque altra
1:25interazione delle particelle col resto
1:27del mondo tenderà a distruggere la
1:30correlazione che è stata creata comunque
1:32come abbiamo visto nel video se due
1:34particelle sono correlate in modo per
1:36esempio che lo spin totale sia 0 quando
1:39mi sono lo spin di una delle due
1:40particelle e tro per esempio che esso
1:42l'altra dovrà istantaneamente andare
1:45nello stato con lo spin giù che
1:47viceversa
1:48quindi è chiaro che c'è qualcosa di
1:49strano nel fenomeno dell entanglement
1:52quantomeno se lo confrontiamo con quello
1:54a cui siamo abituati nell'esperienza
1:56quotidiana gli esperimenti dimostrano
1:59gli effetti che anche se separiamo due
2:01particelle inventando la mente a grande
2:03distanza
2:04le particelle sanno in qualche modo
2:06l'una dell'altra senza ritardo e come ha
2:09detto questa cosa si chiama non località
2:11è indubbiamente è molto diversa dal modo
2:15in cui funzionano i sistemi classici non
2:18capiamo esattamente che cosa succede ci
2:21sono su questo fenomeno diverse
2:23interpretazioni come del resto in
2:25meccanica quantistica esistono diverse
2:27interpretazioni della meccanica
2:28quantistica
2:29ognuna delle interpretazioni la
2:31meccanica quantistica da una lettura
2:33leggermente diversa del fenomeno ma
2:35questo appunto richiederebbe un discorso
2:37a parte
2:38non era questo lo scopo del video
2:40precedente lo scopo del video precedente
2:41era di chiarire che anche se avviene
2:43questa cosa indubbiamente sconcertante
2:45la cosa in sé non comporta nessuna
2:49violazione della relatività speciale e
2:52del limite della velocità della luce
2:53perché non possiamo usare questa cosa
2:56allentando il maine per trasmettere
2:58informazione è il punto cruciale da
3:00capire è che non si può manipolare lo
3:04stato di una particella per farle
3:06prendere il valore che voglio non è come
3:09avere una leva che posso posizionare a
3:11piacere su e giù se fosse così in
3:14effetti
3:15potrei agire sullo spin della particella
3:18che sta qui e metterlo nella posizione
3:21voglio io su oppure giù come un
3:24interruttore che istantaneamente da
3:26un'altra parte per esempio su proxima
3:28centauri
3:29qualcuno potrebbe ricevere
3:31l'informazione perché la sua misura
3:33sarebbe determinata dall'azione che ho
3:35fatto io ma non funziona così non
3:38possiamo forzare lo spin in uno stato a
3:42piacere senza rompere lenta ndal ment e
3:46non solo non possiamo modificare lo spin
3:49a piacimento ma non possiamo nemmeno
3:52osservare il cambiamento di stato della
3:55particella cioè non possiamo vedere
3:57passare la particella da una
3:59sovrapposizione di spin a uno stato
4:01definito l'unica cosa che possiamo fare
4:03è fare la misura ma fino a che non
4:05facciamo la misura abbiamo solo
4:07probabilità sul risultato che verrà
4:09fuori e in realtà fino a che non
4:11facciamo la misura lo stato non è
4:13proprio definito dopo che abbiamo
4:15misurato troviamo che lo stato per
4:17esempio dello spin e su e giù e la cosa
4:20finisce lì se io per esempio
4:22osservo che lo stato e la mia particelle
4:24su a quel punto so con certezza che il
4:26mio amico su proxima centauri troverà lo
4:29spinge farà la misura ma come faccio a
4:32dirglielo
4:33se voglio
4:35comunicati questa informazione cioè se
4:37voglio mandare il segnale fai la misura
4:39e vedrai che al cento per cento la tua
4:42particella a spingi mettiamo posso solo
4:45comunicarglielo attraverso un segnale
4:48che viaggia a velocità inferiori a cui
4:50la luce oppure segnale radio non posso
4:52dirglielo usando il fenomeno stesso dell
4:54entanglement qualcuno mi ha detto ok ma
4:57invece di comunicare attraverso lo stato
5:00dello spin per esempio
5:02stabilendo che lo spin susini ria uno
5:04spin giu significa 0 usando questa cosa
5:06come se fosse un codice morse potremmo
5:09comunicare semplicemente attraverso il
5:12fatto che io abbia fatto o no la misura
5:14per esempio ci potremmo mettere
5:16d'accordo con il mio dico che se faccio
5:18la misura significa uno se non faccio la
5:20misura significa 0 e usare questa cosa
5:22come un codice potrei usare questo
5:24codice sia nel tempo per esempio
5:25mettendomi d'accordo che io farò o non
5:28farò la misura ha un certo tempo fissato
5:30su cui siamo d'accordo tutti e due
5:32oppure potrei usare un insieme di tante
5:35particelle e stabilire per esempio un
5:38ordine sequenziale
5:39nella posizione queste particelle e nel
5:42fatto che io faccia non faccio la misura
5:44su queste particelle e dalla sequenza di
5:47misura non misura potrei comunicare
5:50delle informazioni appunto usando come
5:51se fosse un codice morse ma anche così
5:54la cosa non cambia perché io non ho
5:56nessun modo di sapere se il mio amico
5:59dall'altra parte ha fatto o non ha fatto
6:02la misura io posso solo fare o non fare
6:05a misura a mia volta e non posso
6:08osservare il cambiamento di stato dello
6:09spin e posso solo andare a vedere quanto
6:12vale e una volta che entrambi abbiamo
6:14fatto la misura possiamo comunicarci il
6:17risultato è un modo tradizionale
6:19ovviamente con un segnale che viaggia a
6:21velocità al massimo alla velocità della
6:23luce e in quel caso vedremo che le
6:26nostre misure sono perfettamente
6:28correlata se io ho misurato sul misurato
6:30giù e così via ma non possiamo usare la
6:32cosa come un mezzo di comunicazione
6:34ripeto perché non c'è modo di sapere se
6:37il mio amico ha fatto no la misura e non
6:39c'è modo di osservare la sovrapposizione
6:41cioè solo la possibilità di osservare lo
6:44stato e basta e qui entra in gioco un
6:46altro dubbio che nasce dall'analogia che
6:48usato che un'analogia che si usa spesso
6:50che è quella dei guanti nella scatola
6:52che in effetti può essere male
6:55interpretata e come ho detto nel video
6:57c'è una grande differenza tra quello che
7:00succede nel mondo classico e quello che
7:02succede nel mondo quantistico se io nel
7:04mondo classico o un guanto destro di un
7:07guanto sinistro in due scatole separate
7:09chiuse una scatola da doha un mio amico
7:12è una mera tengo io prima di aprire la
7:15scatola ovviamente non so nulla se
7:17nella mia troverò il guanto destro all
7:19quanto sinistro ma quando apro so
7:21immediatamente che il mio amico a un
7:23guanto diverso dal mio
7:25naturalmente nel mondo classico e non
7:26posso usare questa cosa per comunicare
7:28non sto facendo viaggiare nessuna
7:31informazione però la differenza tra
7:33mondo classico e mondo quantistico è che
7:36il guanto nella mia scatola è sempre
7:38stato destro o sinistro anche prima di
7:41controllare solo io non lo sapevo ma nel
7:43mondo quantistico non è così nel mondo
7:46quantistico prima di aprire la scatola
7:47in quanto in effetti non è né destra né
7:49sinistra oppure è un po a destra e un po
7:51sinistro insomma non ha uno stato
7:54definito e solo quando apro la scatola
7:56cioè quando faccio la misura viene
7:58scelto uno stato tra i due capire questa
8:01differenza è importantissimo perché
8:04questa differenza è esattamente alla
8:07base dell'obiezione che einstein fece
8:11negli anni trenta in un famoso articolo
8:14insieme ai suoi colleghi podolski roczen
8:17articolo spesso chiamato epr appunto a
8:20partire dalle iniziali di einstein
8:22foschie roczen einstein pensava che
8:25anche due particelle nient angol mente
8:28fossero un po come i guanti nella
8:31scatola per usare questa analogia ovvero
8:33noi non sappiamo esattamente in che
8:36stato sono le particelle ma soltanto
8:38perché non abbiamo tutte le informazioni
8:40sul sistema in realtà le particelle
8:42secondo einstein sanno tutto fin
8:44dall'inizio e quindi quando le separiamo
8:46e facciamo la misura non avviene nessun
8:49cambiamento istantaneo a distanza quindi
8:52il loro stato era già fissato ma eravamo
8:55noi a non conoscerlo in un certo senso
8:56l'idea di einstein era che esistessero
9:00delle cosiddette variabili nascoste cioè
9:04che a noi mancassero delle informazioni
9:06sullo stato delle particelle ma queste
9:09informazioni realtà fossero sempre lì
9:11fin dall'inizio insomma einstein pensava
9:13che la meccanica quantistica
9:16funzionasse bene ma non fosse una teoria
9:20completa cioè che la sua non località
9:23fosse solo apparente illusoria dovuta al
9:27fatto che non avevamo ancora ha trovato
9:29la teoria definitiva però negli anni
9:32sessanta il fisico john bell dimostrò in
9:36un teorema che le cose non stavano come
9:38pensava einstein la cosa purtroppo è un
9:40po complicata questo è uno degli
9:42argomenti che richiederebbe molto più
9:43spazio molto più tempo per essere
9:45spiegato nel dettaglio però proviamo un
9:48po semplificarlo ci serve un elemento in
9:50più ovvero il fatto che quando misuriamo
9:54lo spin di una particella
9:55dobbiamo anche decidere in che direzione
9:58misurato lo cioè sempre esempio decido
10:01di misurarlo nella direzione verticale
10:04allora troverò che lo spin è su oppure
10:07giu però potrei anche decidere di
10:09misurarlo nella direzione orizzontale
10:12quindi in quel caso lo spin potrà essere
10:15orientato per esempio a destra oa
10:16sinistra ma potremmo anche misurare lo
10:19spinning qualunque altra direzione che
10:22faccia un angolo qualunque ora
10:23immaginiamo che io in effetti misuri lo
10:25spin nella direzione verticale è però il
10:29mio amico su proxima decida di misurarlo
10:31in direzione orizzontale in questo caso
10:34in base alle regole della meccanica
10:36quantistica la sua misura non avrà
10:38nessuna correlazione con la mia anche se
10:40le particelle sono in entanglement lui
10:43potrà trovare che lo spin e a destra oa
10:47sinistra ma questo sarà del tutto
10:49indipendente da quello che ho trovato io
10:51quindi nel caso in cui entrambi
10:54decidiamo di misurare lo spin in
10:56direzione verticale le particelle sono
10:59in entanglement se io trovo che lo spin
11:01e su lui troverà necessariamente che lo
11:04spin e giù e viceversa quindi c'è una
11:06correlazione del 100 per cento tra le
11:09nostre misure ma se io misuro in
11:12verticale e il mio amico misura in
11:14orizzontale non c'è nessuna correlazione
11:16c'è una correlazione dello zero per
11:17cento ora immaginiamo che il mio amico
11:19decida di misurare lo spin in una
11:21direzione che forma un angolo di 45
11:23gradi con la mia direzione quindi con la
11:25verticale il risultato trovato da bella
11:28mostra che se avesse ragione einstein
11:30cioè se la meccanica quantistica fosse
11:32locale ma ci fossero delle variabili
11:35nascoste
11:37la correlazione tra le nostre misure in
11:39questo caso dovrebbe essere del 5 per
11:41cento e invece se in effetti c'è una non
11:45località cioè se lo stato di una
11:47particella influenza istantaneamente
11:50quello dell'altra particella dovrebbe
11:53esserci una correlazione del 71 per
11:55cento quindi secondo bene ci sono due
11:57previsioni completamente diverse nei due
11:59casi che possono essere effettivamente
12:01messi alla prova negli esperimenti sono
12:04stati fatti molti esperimenti per
12:05verificare le previsioni di bella anche
12:08esperimenti molto complicati
12:11il risultato finora è sempre stato che
12:13l'idea di einstein che possano esserci
12:16variabili nascoste non funziona gli
12:18esperimenti trovano risultati che sono
12:19in accordo con le previsioni di belle
12:22per la non località quindi sembra
12:25davvero che ci sia una non località
12:27nella meccanica quantistica
12:29ma ripeto questo non implica che ci sia
12:32una violazione del limite della velocità
12:34della luce non si può comunicare nessuna
12:37informazione più velocemente della luce
12:38ma i sistemi quantistici possono essere
12:41correlati anche quando le loro parti
12:43sono separate nello spazio ea quanto
12:46pare quindi il mondo dà ragione a
12:48einstein per quanto riguarda la
12:50relatività ma invece gli dà torto per
12:54quanto riguarda ciò che pensava della
12:55meccanica quantistica
12:57come ho detto questo non significa che
12:58sappiamo bene come stanno le cose e non
13:02capiamo veramente tutte le implicazioni
13:03dell'entanglement ci sono anche
13:06possibili modi per conciliare per
13:08esempio il teorema di belle con la
13:11località che piaceva tanto ad einstein
13:13uno di questi modi per esempio e
13:15abbandonare completamente l'idea del
13:16libero arbitrio per dirla in poche
13:18parole secondo queste interpretazioni
13:20che si chiamano super deterministiche la
13:23scelta della direzione in cui misurare
13:27lo spin per esempio se in orizzontale o
13:29in verticale a 45 gradi così via non è
13:31libera non appartiene allo
13:33sperimentatore per così dire ma è
13:35fissata dalle condizioni precedenti
13:38dell'universo che se le cose stessero
13:40così si può dimostrare in effetti che il
13:42teorema di belle si può conciliare anche
13:45con una teoria locale senza le
13:48inquietanti azioni a distanza che non
13:50piacevano ad einstein però dovremmo
13:52abbandonare l'idea che le nostre azioni
13:55siano libere in fondo questa come
13:58abbiamo visto in un altro video è una
14:00cosa con cui einstein sarebbe andato
14:02d'accordo quindi per riassumere ancora
14:04una volta l'entanglement è un fenomeno
14:06sorprendente assolutamente sì quantomeno
14:09se ragioniamo in termini di esperienza
14:12quotidiana è un fenomeno sconcertante
14:15capiamo del tutto quello che succede
14:17quando due particelle sono diventando il
14:19maine non proprio anche se negli ultimi
14:22decenni sono stati fatti molti
14:24esperimenti che hanno mostrato che le
14:26previsioni della meccanica quantistica
14:27sono corrette ci sono molti ricercatori
14:30che cercano di capire meglio come stanno
14:32le cose magari un giorno e le capiremo è
14:35l'ultima cosa che la domanda a cui in
14:37definitiva cercavo di rispondere nel
14:39video precedente l'entanglement viola la
14:42teoria della relatività speciale
14:44assolutamente no su questo possiamo
14:46metterci l'anima in pace per quanto ne
14:48sappiamo non c'è nessun modo per
14:51comunicare informazioni istantaneamente
14:54a distanza tra qui da un punto all'altro
14:56dello spazio
15:08[Musica]

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