Proprio all'ultimo momento

Conosco un certo numero di persone che non prendono una decisione se non all'ultimo momento; a volte nemmeno allora. Per forma mentis, per paura di sbagliare, per abitudine. Esiste persino una pratica codificata dello sviluppo software che consiste nel prendere decisioni nel Last Responsible Moment, cioè nel rimandare ogni tipo di decisione (in questo ambito rimandare significa: "Non decidere l'architettura del sistema, non decidere la struttura delle classi, non decidere il Data Model a supporto, ecc.) il più a lungo possibile. Ma fino a quando è possibile non decidere? O, detto in altri termini: fino a quando rimandare una decisione non si tramuta nell'aver deciso di non fare tout court? La risposta tecnica, relativa all'ambito dello sviluppo, suona come: "fino a quando il non scegliere ha l'effetto di perdere una opzione fra quelle disponibili."

Ora, probabilmente vi stupirà il sapere che anche la Quantistica gode di questa sorta di pigrizia ispirata, come viene anche definita la tecnica dell'LRM. Anzi: lo porta alle estreme e quasi incredibili conseguenze. L'argomento del presente articolo è appunto la descrizione della procrastinazione quantistica, un concetto della fisica quantistica lontano dalla nostra immaginazione e per questo tanto più affascinante.

 

Ripartiamo dall'esperimento delle due fenditure

Uno degli esperimenti più semplici eppure così efficaci nel rilevare la particolare natura quantistica del tessuto dell'universo, è l'esperimento della luce fatta passare attraverso due fenditure. Ne avevamo già parlato qui. Con una piccola e geniale idea, John Archibald Wheeler si chiese che cosa sarebbe successo se la rilevazione della luce fosse stata eseguita non prima che la luce attraversasse le fenditure, ma dopo! Personalmente trovo brillantissimo il porsi questa domanda, più ancora che sapere la risposta, che, qualunque sia, sarà comunque illuminante (se mi si perdona il gioco di parole). Ricostruiamo punto per punto l'esperimento e quanto, fino a qui, ne abbiamo determinato.

Il nostro apparato è costituito da un fascio di luce che, proveniendo dalla sinistra dell'immagine sotto, incontra una parete opaca con due fenditure: A e B. Passando dalle fenditure, la luce raggiunge la parete su cui si trova C. Nell'immagine, fra i tanti possibili, sono stati evidenziati due possibili percorsi dei fotoni che si incontrano in un unico punto.

fenditure

Che cosa ha rilevato di strano questo esperimento? Ha rilevato essenzialmente questo:

  1. Anche riducendo e semplificando la sperimentazione fino a inviare singoli fotoni (e non gruppi di fotoni), vengono prodotte bande di interferenza sulla parete di fondo. Questo significa che anche un singolo fotone passa contemporaneamente da entrambe le fenditure, mostrando natura ondulatoria e non corpuscolare (un "corpuscolo", in questo senso non potrebbe passare da entrambe le fenditure: passerebbe da una soltanto).
  2. Se però, invece di limitarsi a effettuare una rilevazione sulla parete C (sotto forma di presenza eventuale di interferenza) si volesse anche verificare direttamente da quale fenditura stia passando il fotone, il risultato sarebbe che è sì possibile rilevare questa informazione. Tuttavia, per i fotoni rilevati come passanti dall'una o dall'altra delle fenditure, la natura ondulatoria scomparirebbe: le bande di interferenza non comparirebbero più.

Ed ecco dove si colloca l'esperimento mentale di Wheeler; Wheeler si chiese:

Immaginiamo di lasciar passare il nostro fotone indisturbato (sia esso onda o corpuscolo) e di ritardare («Procrastinazione») il momento della rilevazione. A questo punto che cosa dovrebbe accadere al fotone stesso? Se l'atto di rilevarlo ne determinasse la natura corpuscolare, questa natura dovrebbe essere retrospettivamente applicabile anche all'istante (passato!) in cui il fotone doveva passare attraverso le fenditure.

In sostanza l'esperimento è una sorta di tentativo di barare. Immaginiamo infatti che il fotone sia un'onda e che come onda, in modo indisturbato (cioè non irrimediabilmente determinato da una rilevazione) passasse attraverso entrambe le fenditure. Dato che il fotone continuerebbe ad esistere anche dopo il passaggio, rilevarlo in modo ritardato non dovrebbe determinarne la natura corpuscolare e dirci da quale fenditura è passato, contraddicendo al fatto che è appena passato da entrambe?

 

Da esperimento mentale a esperimento fisico

Nel 2012, due diversi team di scienziati hanno realizzato un medesimo esperimento per la rilevazione ritardata dei fotoni. L'esperienza condotta si basava, salvo l'estrema accuratezza necessaria per ottenere risultati conclusivi, su uno schema piuttosto semplice come questo:

img004

Lo schema della figura va inteso come:

  • un singolo fotone, proveniendo da in basso a sinistra, raggiunge lo specchio semiriflettente nel punto A;
  • a questo punto il fotone potrebbe essere riflesso verso B (raggio rosso) oppure potrebbe passare attraverso e viaggiare verso lo specchio C (raggio blu).
  • Le probabilità che faccia il percorso rosso o quello blu sono identiche.

Per rilevare dove va a finire il fotone sono stati inseriti, nei punti B e C due specchi che riflettono gli elettroni entrambi verso l'angolo del quadrato opposto ad A.

In un primo caso all'angolo (chiamato D) sono posti due rilevatori, come in figura:

img003

In particolare il fascio rosso finisce in un rilevatore posto alla destra del quadrato mentre quello blu viene rilevato da un ulteriore rilevatore che si trova, rispetto alla figura, sopra il quadrato.

In questa condizione, ripetendo l'esperimento migliaia di volte, la probabilità che il fotone abbia percorso la strada rossa o la strada blu sono pressoché uguali e non sono presenti frange di interferenza. In particolare questo significa che ogni singolo fotone ha percorso uno solo dei due tragitti possibili, rivelando così una natura corpuscolare.

Ma che cosa succede se, nel punto D viene posto un ulteriore specchio semiriflettente? Si ottiene una configurazione come quella presentata nella figura seguente:

img001

Ora, di nuovo, arrivando in D il fotone ha le stesse probabilità di passare oltre oppure di essere riflesso. Ma in questo caso si rileva interferenza, che, in particolare, è inteferenza di un fotone con se stesso. Quindi la presenza del secondo schermo in qualche modo "provoca" la natura ondulatoria della luce e il fatto che il fotone passi sia per il percorso rosso che per quello blu.

 

Dov'è allora lo scandalo?

Lo scandalo di questo tipo di esperimenti è, in qualche modo, connesso alla natura finita della velocità della luce. Oppure, parlando più chiaramente, vale la pena ricordare che:

  • Il fotone raggiunge innanzitutto il punto A in un momento t_0 e qui decide se passare per una sola strada (natura corpuscolare) oppure da entrambe (natura ondulatoria)
  • In un tempo successivo t_1 il fotone raggiunge gli specchi in B o C (o entrambi) da cui viene ulteriormente riflesso verso D;
  • Al tempo t_2 il fotone raggiunge il punto D, sia che nel punto D non ci sia nulla, sia che nel punto D ci sia uno specchio semiriflettente.

Ma allora è anche possibile pensare di inserire lo specchio dopo il tempo t_0 e prima del tempo t_2. Ma è proprio da questa possibilità che si scatena una stramberia (non dico un assurdo, perché di assurdo non si tratta): il fotone, che se non ci fosse stato alcuno specchio in D sarebbe passato da una sola delle strade (rossa o blu), in un tempo successivo al suo passaggio per A (in un tempo t_x con t_0<t_x<t_2) ritorna sui suoi passi e decide di passare da entrambe le strade!

Dire che questo non è proprio in accordo con la logica macroscopica di interazione di corpi a cui la nostra esperienza ci ha abituati, lasciatemelo dire, è davvero un eufemismo. Tuttavia, e questo è il bello, tutti gli esperimenti effettuati sono concordi nel rilevare... che è proprio questo ciò che accade. Non si tratta di una speculazione teorica; gli esperimenti stanno proprio a dimostrare che questa è la realtà dei fenomeni.