La fisica quantistica, una nuova interpretazione dell’Universo

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La fisica quantistica, una nuova interpretazione dell’Universo

Se si tiene conto dei risultati della fisica quantistica, quale struttura si può considerare come la vera arena delluniverso?

di Davide Fiscaletti – 13/07/2012

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La meccanica quantistica, in virtù di alcuni suoi aspetti che la fanno sembrare molto esotica e
lontana dal senso comune (segnatamente la non località) introduce scenari molto più ampi di quelli
offerti da ogni teoria fisica precedente. È allora naturale porsi il fondamentale interrogativo: se
si tiene conto dei risultati della fisica quantistica, quale struttura si può considerare come la vera arena delluniverso?

In virtù del carattere non locale dei processi quantistici, è opportuno definire un background in
grado di includere i fenomeni quantistici come abitanti naturali e trovare poi i livelli noti come
casi limite. Tuttavia, nella maggior parte delle teorie del tutto finora elaborate (si pensi, in
particolare, alla teoria delle stringhe), lo spazio-tempo ordinario non viene giustificato, ma è
semplicemente dato, insieme alla materia e lenergia. Per uscire dalla situazione di impasse in
cui si trova la fisica attuale, a parere dellautore, occorre postulare lesistenza di una
dimensione profonda nelluniverso, di un livello profondo della realtà fisica il quale tenga conto
della natura non locale dei fenomeni quantistici: è proprio questo livello fondamentale della realtà
che deve essere considerato la vera arena che determina i fenomeni fisici che conosciamo.
Il potenziale quantico, lordine implicito di Bohm e linterpretazione atemporale

Negli anni ’50 David Bohm sviluppò uninterpretazione alternativa della meccanica quantistica, nota
anche come teoria dellonda pilota, in grado di fornire una descrizione causale dei processi atomici
e, quindi, di mettere in discussione limmagine soggettivistica della realtà quale emerge
dallinterpretazione standard. Partendo dallipotesi che ciascun sistema fisico individuale sia
composto da un corpuscolo e da unonda che lo guida (idea che va anche sotto il nome di dualismo
oggettivo onda-corpuscolo), Bohm mostrò che il movimento del corpuscolo sotto la guida dellonda
avviene in accordo a una legge che ha la forma della seconda legge di Newton della meccanica
classica, con lunica differenza che qui la particella è soggetta, oltre che ad una forza classica,
anche a una forza quantistica, legata a una forma di energia chiamata potenziale quantico. Questa
denominazione deriva dal fatto che nellespressione del potenziale quantico è presente la costante
di Planck (la costante fondamentale che caratterizza il mondo microscopico) e cè una dipendenza dalla funzione donda.

La caratteristica principale della teoria di Bohm, che consente di fornire una descrizione causale
dei processi atomici, consiste appunto nel fatto che, qui, la funzione donda agisce proprio come
unonda pilota che guida la particella corrispondente, attraverso lazione del potenziale quantico, nelle regioni dove londa è più intensa.

Il potenziale quantico non opera come i campi elettromagnetici classici ma agisce in maniera
istantanea e solo come pura “forma”. La particella si comporta in pratica come una nave che arriva
al porto grazie alla potenza dei suoi motori (vale a dire allazione dei campi classici che
conosciamo) ma sotto la guida di un radar (vale a dire il potenziale quantico) che le indica la
strada da seguire. Nellambito della teoria di Bohm, è proprio il potenziale quantico a determinare
la non località dei processi microscopici, la comunicazione istantanea tra le particelle
subatomiche: il potenziale quantico informa ogni particella sul dove andare come se dietro alla
realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che
guida la particella e la unisce a tutte le altre particelle in ununica simbiosi cosmica.

Tenendo conto dei risultati della teoria di Bohm, si arriva alla conclusione che lordine cartesiano
basato sulla divisione tra res extensa e res cogitans non può essere utilizzato per rendere conto
della non località: quello che è richiesto è un ordine radicalmente nuovo. A questo proposito, già
nel 1960 Geoffrey Chew sottolineò che non cè alcuna necessità di spiegare i processi quantistici
sulla base della struttura spazio-temporale caratteristica della relatività speciale. Infatti, se lo
spazio-tempo viene assunto come entità fondamentale, primaria, allora, ipso facto, la località
dovrebbe avere una validità assoluta. Invece, le particelle quantistiche manifestano correlazioni non locali.

A partire dal 1980 Bohm suggerì che per spiegare il carattere non locale dei fenomeni quantistici è
necessario introdurre lidea che esistano diversi livelli della realtà. Più precisamente, Bohm
introdusse la distinzione tra foreground e background, ossia tra ordine esplicito (esplicate order) e ordine implicito (implicate order).
Secondo Bohm è possibile individuare nella meccanica quantistica due diversi livelli di descrizione
della realtà: linterpretazione standard e il suo formalismo ci permettono di rendere conto del
foreground, dellordine esplicito del mondo macroscopico così come ci appare dalle nostre misure, e
che è caratterizzato da manifestazioni locali e frammentarie Quello che avviene nellordine
esplicito rappresenta tuttavia una proiezione del livello fondamentale, nascosto, cioè il livello
del background e dellordine implicito, caratterizzato da non località e non separabilità.

Bohm suggerisce quindi che nellindagine della realtà fisica bisogna distinguere tra gli aspetti
“avviluppati”, legati al livello nascosto e quelli “dischiusi”, che si manifestano come proiezioni del livello fondamentale.
In base alle idee di Bohm, se le particelle subatomiche ci appaiono separate è perché siamo capaci
di vedere solo una porzione della realtà (cioè il foreground o ordine esplicito); a un livello più
profondo esse non risultano “parti” separate bensì sfaccettature di ununità più profonda e
basilare. A questo livello più profondo e fondamentale (che è appunto il background o ordine
implicito), tutte le particelle subatomiche sono infinitamente collegate in una sorta di interezza continua.

Si è insomma condotti usando parole dello stesso Bohm a una nuova concezione di totalità
indivisa che nega lidea classica della possibilità di analizzare il mondo in parti esistenti in
maniera separata e indipendente: la realtà fondamentale è linseparabile connessione quantistica di
tutto luniverso e le parti che hanno un comportamento relativamente indipendente sono solo forme particolari e contingenti dentro questo tutto.
Ora, a parere dellautore, linterpretazione più naturale della non località quantistica è quella
secondo cui larena delluniverso, e quindi il background, lordine implicito bohmiano, abbia una
natura atemporale. Lidea di uno spazio fisico atemporale, di un campo profondo atemporale in cui il
tempo esiste solo come ordine numerico del movimento della materia ci permette di spiegare perché e
in che senso, in un esperimento di tipo EPR (paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen), due particelle
provenienti dalla stessa sorgente e che poi si allontanano, rimangono unite da un misterioso legame;
perché e in che senso se noi interveniamo su una delle due anche laltra ne risente istantaneamente
a prescindere dalla distanza che cè tra di esse. La connessione istantanea tra due particelle
quantistiche A e B anche quando sono a grande distanza può essere vista come un effetto dello spazio atemporale.

Linformazione non viaggia tra la particella A e la particella B, linformazione tra la particella A
e la particella B non ha velocità: lo spazio atemporale informa la particella A riguardo al
comportamento della particella B e viceversa. In altri termini, si può dire che in un esperimento di
tipo EPR lo spazio è un mezzo immediato di informazione tra particelle elementari. Il comportamento
di una particella è influenzato istantaneamente dallaltra particella grazie allo spazio che funge da mezzo immediato di informazione.

Questa interpretazione atemporale della connessione tra particelle quantistiche appare del tutto
coerente alla luce dellespressione del potenziale quantico bohmiano. Il potenziale quantico
contiene in modo implicito lidea dello spazio come mezzo immediato di comunicazione tra le
particelle: lazione del potenziale quantico è infatti di tipo spazio e questo vuol dire appunto
che lo spazio assume un ruolo cruciale nel determinare il comportamento delle particelle subatomiche.

Ne deriva in questo modo che lordine implicito di Bohm può essere assimilato allidea dello spazio
come mezzo immediato di informazione (e in cui il tempo esiste solo come ordine numerico del
movimento) nella forma dello stato speciale rappresentato dal potenziale quantico. In altre parole,
è lecito pensare che, al livello fondamentale, sia uno spazio atemporale a trasmettere
linformazione tra due particelle subatomiche, prima unite e poi separate e portate a grande
distanza, a farle comunicare istantaneamente. Quando si prende in considerazione un processo
subatomico (come per esempio il caso di un esperimento di tipo EPR) lo spazio atemporale assume lo
stato speciale rappresentato dal potenziale quantico e questo determina una comunicazione istantanea
tra le particelle in esame. In questo quadro, lo spazio-tempo relativistico può essere visto come una struttura che emerge da questa arena fondamentale di natura atemporale.
Il campo profondo delluniverso e lo spazio atemporale ondulatorio

Sulla scorta dellordine implicito bohmiano, per spiegare la non località dei quanti, nonché altri
fenomeni significativi ad essa correlati quali la coerenza del cosmo, la connessione istantanea tra
organismi e ambienti, le interazioni nel campo della natura e della mente, si sono sviluppate svariate ricerche.
Si pensi, per esempio, allidea del Campo del Punto Zero di Lynn McTaggart, alla sintropia di
Fantappiè, alla Matrix Divina di Braden, al campo akashiko di Laszlo, solo per citarne alcune. Tutte
queste ricerche, di fatto, si basano sullassunzione che nelluniverso esiste un campo fondamentale di informazioni, un campo unificato che connette tutte le cose.

In linea con queste visioni e seguendo la filosofia che sta alla base della gravità quantistica a
loop (teoria che si propone di unificare meccanica quantistica e relatività generale e che comporta
che lo spazio non è indefinitamente divisibile ma che ha una struttura granulare alla scala di
Planck, che è dellordine di 10 alla meno 35 metri), lautore di queste articolo ha sviluppato una
teoria la quale prevede che il campo fondamentale della natura è uno spazio atemporale ondulatorio i
cui costituenti elementari sono quanti di spazio aventi grandezza dellordine della lunghezza di
Planck e che tutti i campi fisici noti sono degli stati speciali di questo spazio atemporale.

In base al modello sviluppato dallautore, lo spazio atemporale ondulatorio contiene alcune
informazioni fondamentali che determinano il comportamento delle varie entità presenti
nelluniverso: la densità dello spazio cosmico (grandezza legata alla quantità di materia presente
nella regione in esame), la funzione donda dello spazio, la frequenza di vibrazione di ciascun
quanto di spazio e valori quantistici di rotazione-orientazione di ciascun quanto di spazio. La
massa, la funzione donda standard, lo spin e lenergia delle particelle subatomiche derivano
rispettivamente da opportuni valori della densità dello spazio, della funzione donda dello spazio,
della rotazione-orientazione e delle frequenze di vibrazione di opportuni quanti di spazio.

Larena delluniverso costituita dallo spazio atemporale ondulatorio fornisce uninterpretazione
atemporale delluniverso, in cui il tempo esiste solo come moto irreversibile della materia: essa
prevede che quando la velocità e il numero quantico della rotazione-orientazione sono uguali a zero
(condizioni che implicano assenza di movimento materiale), la funzione donda dello spazio risulta
indipendente dal tempo. Sulla base del modello matematico dello spazio atemporale ondulatorio, il
comportamento delle particelle subatomiche come lo conosciamo dalla teoria quantistica standard può
essere considerato la conseguenza di equazioni generali per unopportuna densità dello spazio
cosmico (le quali assomigliano molto in forma a delle note equazioni della meccanica quantistica):
lequazione di Schrödinger generalizzata per la densità dello spazio cosmico nel dominio
non-relativistico; lequazione di Klein-Gordon generalizzata per la densità dello spazio cosmico nel
dominio relativistico nel caso in cui il numero quantico della rotazione-orientazione corrisponde
allapparizione di un bosone; le equazioni di Fiscaletti-Dirac (rispettivamente, senza interazione
elettromagnetica e con interazione elettromagnetica) nel dominio relativistico nel caso in cui il
numero quantico della rotazione-orientazione corrisponde allapparizione di un fermione.

Le equazioni della meccanica quantistica standard di Schrödinger, di Klein-Gordon e di Dirac
rappresentano soltanto casi speciali delle equazioni generalizzate di Schrödinger, di Klein-Gordon e
di Fiscaletti-Dirac per la densità dello spazio cosmico, che possono quindi essere viste come i veri
fondamenti della teoria quantistica ciascuna nel suo rispettivo dominio, la vera base da cui
derivano i risultati della fisica quantistica. In altre parole, questo significa che è proprio lo
spazio atemporale ondulatorio larena fondamentale delluniverso il teatro legato ai processi
della meccanica quantistica, in particolare alla non località e che la struttura spazio-temporale
caratteristica della relatività può essere considerata come qualcosa che emerge da questa arena.

Lapproccio dello spazio atemporale ondulatorio presenta inoltre il seguente importante vantaggio
rispetto ad altri schemi teorici: lesistenza di un legame tra la funzione donda dello spazio e la
curvatura dello spazio prevista dalla relatività generale. Questo modello suggerisce una
geometrizzazione degli aspetti quantistici e gravitazionali della materia: la funzione donda dello
spazio rappresenta una sorta di legame tra quello che chiamiamo gravitazione e quello che chiamiamo
comportamento quantistico della materia, che possono essere visti realmente come due facce della
stessa medaglia. In altre parole, lo spazio atemporale ondulatorio introduce la possibilità di
ottenere una suggestiva unificazione tra gli aspetti gravitazionali e gli aspetti quantistici della materia, più soddisfacente rispetto a quella standard.

Infine, questo approccio permette di spiegare in modo soddisfacente anche quello che accade nei
processi di misura: i risultati delle misurazioni quantistiche rappresentano la conseguenza di
quanto avviene al livello fondamentale della realtà rappresentato dallo spazio atemporale
ondulatorio, in particolare scaturiscono dalle informazioni che questa arena contiene (segnatamente,
valori della densità dello spazio cosmico, delle funzioni donda dello spazio, di frequenze di
vibrazione). Innanzi tutto, cominciamo col considerare il punto di vista rappresentato dal collasso della funzione donda.
Comè noto, nellambito della versione standard della teoria quantistica, il collasso della funzione
donda sarebbe causato dallintervento dellosservatore, dal fatto che linterferenza
dellosservatore con il sistema misurato provoca grandi cambiamenti incontrollabili sul sistema
stesso. Ora, nellapproccio suggerito dallautore, si può speculare che sono le informazioni fornite
dallarena fondamentale delluniverso rappresentata dallo spazio atemporale ondulatorio a determinare il collasso della funzione donda.

In particolare, è la densità dello spazio cosmico lelemento che determina il collasso della
funzione donda, che fa sì che lindice dellapparato misuratore finisca in una sola delle posizioni
in cui potenzialmente si può trovare. Considerando per esempio la misurazione della posizione di un
elettrone mentre sta attraversando un dispositivo a due traiettorie A e B, possiamo dire che il
collasso della funzione donda si ha laddove lo spazio è più denso e, quindi, se la densità dello
spazio è maggiore nella traiettoria A, lindice del dispositivo indicherà che lelettrone ha seguito
il percorso A, mentre se la densità dello spazio è maggiore nella traiettoria B, lindice del
dispositivo indicherà che lelettrone ha seguito il percorso B. È lo spazio atemporale ondulatorio,
quindi, larena fondamentale che fa sì che losservatore abbia percezioni ben definite riguardo agli
stati macroscopici dei sistemi fisici, che determina loggettivazione delle proprietà macroscopiche
dei sistemi fisici sperimentata dallosservatore. Introducendo lidea della densità dello spazio
cosmico, lo spazio atemporale ondulatorio può essere considerato la struttura che funge da
intermediario tra sovrapposizione degli stati e osservatore-collasso della funzione donda, che
media il processo (e come tale determina il collasso stesso, nonché la percezione definita
dellosservatore riguardo al risultato delle misurazioni delle grandezze fisiche).

Lo spazio atemporale ondulatorio fornisce una rilettura significativa anche della soluzione del
problema della misura proposta da Bohm (permettendo in qualche maniera di avvicinare il punto di
vista ortodosso a quello di Bohm). Considerando, al solito, la misurazione della posizione di un
elettrone che viene introdotto in un dispositivo a due traiettorie A e B, nellambito dellapproccio
sviluppato dallautore, lapparizione dellelettrone in un determinato punto dello spazio deriva da
unopportuna densità dello spazio e da unopportuna frequenza di vibrazione di un certo quanto di
spazio e, di conseguenza, dalla funzione donda dello spazio in corrispondenza di tale quanto di
spazio. Pertanto ne deriva che la posizione dellelettrone e, quindi, la strada che effettivamente
segue per portare al risultato della misurazione derivano dai valori della densità dello spazio
cosmico, dai valori delle frequenze di vibrazione e della funzione donda dello spazio nella regione
in considerazione. In particolare, possiamo dire che lelettrone si troverà inizialmente nella
regione A quando la densità dello spazio cosmico è maggiore nella regione A che nella regione B;
quando la funzione donda dello spazio è maggiore nella regione A che nella regione B; e quando
nella regione A ci sono certi quanti di spazio che vibrano a frequenze caratteristiche
dellelettrone. Sono quindi la densità dello spazio cosmico, la funzione donda dello spazio e la
frequenza di vibrazione di opportuni quanti di spazio gli elementi cruciali che, secondo lapproccio
sviluppato dallautore, determinano il risultato, lesito dei processi di misurazione così come lo
otteniamo nellambito della visione di Bohm. In sintesi, possiamo allora dire che lo spazio
atemporale ondulatorio introduce una suggestiva rilettura della visione bohmiana dei processi di
misura e, allo stesso tempo, fornisce una soddisfacente spiegazione del collasso della funzione
donda: questo implica che in qualche modo questa arena fondamentale permette di avvicinare la visione del collasso a quella di Bohm.

Lintroduzione dello spazio atemporale ondulatorio caratterizzato da una funzione donda dello
spazio, da una struttura granulare, da frequenze di vibrazione e rotazioni-orientazioni può di fatto
essere vista come un tentativo di aggiungere nuovi elementi descrittivi rispetto alla visione
standard. Il risultato fondamentale di questa teoria consiste nel fatto che tutti i quanti di spazio
sono caratterizzati da una specifica funzione donda dello spazio, specifiche vibrazioni, specifiche
evoluzioni descritte da generalizzate equazioni per la densità dello spazio cosmico e, quindi, che ne deriva unimmagine pienamente olistica delluniverso fisico.

Conclusioni

Secondo diversi autori, nel dominio quantistico non è possibile separare, dal punto di vista
operativo, realtà e informazione: in altri termini realtà ed informazione possono essere considerati
la materia primordiale delluniverso. Linformazione può essere considerata un elemento primario in meccanica quantistica, ha una natura oggettiva.

Per quanto riguarda la natura effettiva dellinformazione e il modo in cui essa è trasportata, le
idee non sono ancora interamente chiare. È corretto, per esempio, parlare di un campo di
informazione, poiché linformazione non diminuisce con la distanza, né è associata allenergia nel senso usuale.

Lapproccio sviluppato dallautore di questo articolo suggerisce la prospettiva interessante che il
campo di informazione che sarebbe responsabile dei processi quantistici è uno spazio atemporale
ondulatorio caratterizzato da una funzione donda dello spazio, una struttura granulare alla scala
di Planck, un mare di vibrazioni e valori quantistici di rotazioni-orientazioni. Nel modello
dellautore, è lo spazio atemporale ondulatorio larena fondamentale delluniverso e, come tale,
costituisce la vera base della meccanica quantistica, sia nel dominio non relativistico, che nel
dominio relativistico e nei processi di misura (e che consente, inoltre, di ottenere una
significativa unificazione degli aspetti gravitazionali e quantistici della materia).

Bibliografia
Bohm D., A suggested interpretation of quantum theory in terms of hidden variables, Phys. Rev., Vol. 85, 166-193 (1952).
Bohm D., Wholeness and the implicate order (Routledge, London, 1980).
Bohm D. and Hiley B.J., The undivided universe: an ontological interpretation of quantum theory (Routledge, London, 1993).
Chew G., Science Progress, Vol. 51, 529-539 (1960).
Fiscaletti D., I gatti di Schrödinger. Meccanica quantistica e visione del mondo (Franco Muzzio Editore, Roma, 2007).
Fiscaletti D., A-temporal physical space and quantum nonlocality, Electronic Journal of Theoretical Physics, Vol. 2, Num. 6, 15-20 (2005).
Fiscaletti D. e Sorli A., Toward an a-temporal interpretation of quantum potential, Frontier Perspectives, Vol. 14, Num. 2 (2005/2006).
Fiscaletti D. e Sorli A., Non locality and the symmetrized quantum potential, Physics Essays, Vol. 21, Num. 4 (2008).
Fiscaletti D., Perspectives towards a density theory of everything, Scientific Inquiry, Vol. 9, Num. 2 (2008).
Fiscaletti D., The a-temporal cosmic space and a generalization of the Dirac equation, The General Science Journal (2009).
Fiscaletti D., Features and perspectives of the a-temporal quantum-gravity space theory, The IUP Journal of Physics, Vol. 3, Num. 1 (2010).
Zeilinger A. Il velo di Einstein (Einaudi, Torino, 2005).

Approfondimenti

Il paradosso EPR

Il paradosso EPR (o più appropriatamente argomento EPR) è un esperimento mentale che dimostra come
se si misura una data proprietà su una parte (A) di un sistema quantistico lo stato in cui si
trova laltra parte (B) di questo sistema risulta influenzato da questa misura, indipendentemente
dalla distanza che separa le due parti. Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen proposero
questo esperimento ideale in un articolo pubblicato nel 1935 intitolato La descrizione quantistica
della realtà fisica può ritenersi completa?, con lintento di dimostrare che la meccanica
quantistica non è una teoria fisica completa nel descrivere la natura. Una spiegazione e
formalizzazione di questo fenomeno è stata fornita nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell
il quale ha dimostrato il seguente famoso teorema: Quando due particelle sono emesse in direzioni
opposte e le proprietà di una di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietà dellaltra
particella anche esse misurate saranno correlate indipendentemente dalla distanza che le
separa. In base al teorema di Bell, la non località deve essere considerata una proprietà
ineludibile dei fenomeni atomici: i sistemi atomici hanno realmente la capacità di comunicare informazioni istantaneamente a prescindere dalla distanza che cè tra di essi.

da http://www.macrolibrarsi.it/_scienza_conoscenza_.php?pn=1567

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