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“Entanglement”, un racconto scritto dal Presidente Minopoli

Per chi ritiene che le cose scientifiche possano essere letteratura e poesia. 

Entanglement

In inglese e’ il groviglio, il coinvolgimento, la relazione…il toccamento! 
Ma non si tratta di una storia d’amore. 
Si tratta, invece, del piu’ inquietante e sconcertante principio della moderna “fisica delle particelle”. 
Una volta che lo afferrate dovrebbe venirvi il mal di testa, l’ansia, la sensazione di aver vissuto una vita di luoghi comuni, di una logica troppo ovvia ed elementare. E il sospetto che la realta’ sia molto piu’ enigmatica, sconosciuta, problematica di quanto secoli di illuminismo scientifico ci abbiano fatto credere. 
Occorre prenderla un po’ da lontano. 
Innanzitto cosa significa ” fisica delle particelle”? Cosa sono le particelle? Ormai lo sappiamo tutti: le particelle sono o “dovrebbero” essere i costituenti più’ piccoli della materia. La materia noi la vediamo composta in oggetti e cose “grandi”: palle da football, il libro che leggete, l’ipad, il gatto di casa e noi stessi. Tutti sappiamo, fin da piccoli, che queste cose sono fatte di atomi: tanti, miliardi e miliardi. Catalogati nella Tavola Periodica e poi assemblati in molecole e, infine, in oggetti -fiori, stelle, organi del corpo- gli atomi costituiscono la materia che conosciamo. 
Essa, da quasi tre secoli, ha le sue leggi: quelle scoperte da Galileo, Newton, Maxwell, Faraday, Einstein. Che funzionano alla perfezione e ci spiegano “quasi” tutto dei meccanismi fisici, chimici e biologici che regolano la natura e la realtà: la radio, il telefono, la luce elettrica, la produzione di spaghetti, l’orbita dei pianeti, il viaggio sulla luna, il percorso di un asteroide. E noi stessi. 
Insomma la ” fisica classica” ci dice tutto quello che ci serve sapere sugli oggetti e le cose costituite da gruppi di atomi. 
Tutto? Be, quasi tutto! Una cosa manca: l’atomo stesso. Cos’è’? 
A un terzo del secolo scorso, negli anni 30, Einstein provo’ in modo geniale ( pensate con un bicchiere d’acqua e un po’ di polvere ) che gli atomi esistono davvero. Si’ perché’, incredibile ma vero, nonostante i filosofi greci fino ad Einstein, e ad un suo esperimento chiamato ” moto browniano”, solo pochi credevano all’esistenza degli atomi. Dopo la prova di Albert alcuni fisici, suoi contemporanei, si diedero finalmente ad indagare l’atomo: questo antichissimo ma controverso, ineffabile e inquietante oggetto. Che cosa e’ un atomo? Di che e’ fatto? 
Fu cosi’ che prese piede una strana nuova fisica: la quantistica. Il cui oggetto era, in primis, fare una fotografia dell’atomo. E del suo funzionamento interno. Facile a dirsi. Pensate, innanzitutto, alle dimensioni della cosa di cui stiamo parlando. Studiare l’atomo significava studiare un oggetto del diametro di…0,0000000001 di un metro! Che numero e’? Semplice : prendete un metro, dividetelo per 10 miliardi di volte e arrivate, così’, dalle parti della dimensione di un atomo. 10 miliardi di volte! Un batterio, il più’ piccolo essere vivente, invisibile a occhio nudo, e’ più’ o meno un milionesimo di metro. Pensate com’è’ grande rispetto a un oggetto che e’ la 10 miliardesima parte di un metro. Pensate in quanti pezzi dovreste fare il batterio per avvicinarvi a un atomo di cui e’ composto. Ma quei fisici ci arrivarono! Entrarono nel mondo dell’infinitamente piccolo. E scoprirono, in soli pochi anni tra il 1920 e il 1940, un mondo fantastico, impensabile, inaudito. Dominato da un nuovo dominus: il quanto! 
Chi e’ questo signore? Da dove salta fuori? 
“Quanto” e’ il modo elegante, latino, di chiamare le ” particelle elementari “: i costituenti ultimi, della materia. Il quanto e’ la cosa veramente” finale, il pezzettino più piccolo e discreto di materia, il componente veramente irriducibile, non ulteriormente divisibile della materia: il mattoncino della materia che non e’ suddivisibile in niente altro! Nella lunga discesa verso i costituenti della materia, il quanto e’, insomma, la fine della corsa: la cosa più piccola in assoluto che possa esistere ( anche se c’e’ chi insinua che esistono cose ancora più piccole del quanto, le stringhe ).
L’atomo era il confine, la porta ultima, il cancello della vecchia fisica classica. 
La nuova fisica quantistica apri’ quella porta: e trovo’ un mondo: una nuova, misteriosa realtà’, un territorio prima sconosciuto di cose, fatti, eventi bizzarri, enigmatici, magici, sconcertanti! 
In tale mondo nuovo dell’infinitamente piccolo, in questo universo subatomico e microscopico, la fisica classica non valeva piu’. 
Le leggi del mondo macroscopico, quelle scoperte da Galileo, Newton , Faraday, Maxwell- le leggi del moto, della gravita’, dell’elettromagnetismo- vacillarono: non si applicavano alla pazzesca realtà dei quanti. 
” Lasciate ogni speranza voi che entrate”, c’era scritto sulla porta dell’atomo! Nel microcosmo, nel mondo subatomico, nell’universo dei “quanti” vigono altre leggi: stravaganti, contro-intuitive, inquietanti, che sfuggono al senso comune. Il bello e’ che noi di quelle cose siamo fatti: i mattoni finali della vita, direbbe Karl Kraus, ” conducono una vita sregolata”. 
Un esempio? 
Nel mondo “classico”, macroscopico, degli oggetti del nostro quotidiano, voi riuscite a calcolare quasi tutto ciò’ che vi interessa. Quello classico, ordinario, dei grandi oggetti e’ un mondo di precisione, esattezza, causalità’, determinismo. 
Prendiamo un semplice esempio: il movimento e la posizione di un oggetto. 
Nel nostro mondo macroscopico se vogliamo fissare e programmare l’itinerario della nostra auto, lo possiamo fare con precisione assoluta. Se, per esempio, conosciamo la distanza ( in Km ) di un posto che intendiamo raggiungere e se programmiamo la velocità’ con cui viaggeremo verso di esso, possiamo prevedere con precisione ( se tralasciamo i pit stop per la pipi’ ), dove ci troveremo a ogni punto del viaggio. Insomma e’ possibile conoscere, facilmente, la posizione, la direzione e la velocità’ di un oggetto. Banale. Intuitivo. Logico. 
Ebbene: nel mondo microscopico, quello dei quanti o particelle, tutto questo non funziona più’. Il quanto, la particella, quando viaggiano, non si comportano come la nostra auto ma in modo bizzarro, strano, imprevedibile. Il quanto ama mettersi una maschera: sempre! 
Ad esempio: se vogliamo conoscere la posizione di una particella, che sta viaggiando nel nostro laboratorio, possiamo farlo ma dobbiamo rinunciare a ogni pretesa, persino in linea di principio, di sapere poi anche qual’e’ la sua velocità’ o la direzione verso cui va. E viceversa: se intendiamo conoscere la velocità’ a cui viaggia la particella non possiamo più’, nemmeno in linea di principio, aspirare a conoscere, in un qualsiasi momento del suo viaggio, la posizione, il luogo, il posto dove si trova esattamente la particella. E questo non perché’ non abbiamo gli strumenti per saperlo. Li avremmo pure. Ma per un’impossibilita’ logica, strutturale, fondamentale. Ineludibile. 
La fisica quantistica prova che se di una particella riusciamo a conoscere una caratteristica, alteriamo in modo irreversibile tutte le altre caratteristiche.
E’ come se volendo conoscere il colore degli occhi di una bella donna, dovessimo rinunciare a qualunque possibilita’ di percepire il disegno della sua bocca o i tratti del suo viso. Anzi li dobbiamo alterare. Conoscere un connotato della particella, del quanto, equivale a modificarne ogni altro connotato. 
Da questa sconcertante verita’, continuamente verificata nei laboratori, venne ricavato un principio, quello fondamentale della fisica quantistica: il “principio di incertezza” o di indeterminazione. Dice, appunto, che di una particella non solo non si può’ sapere tutto ( velocità’, direzione e posizione ) ma che se si riesce a conoscere una caratteristica si deve rinunciare del tutto a poter conoscerne un’altra. Insomma: le cose quantistiche dissimulano, hanno sempre un velo. Sono sempre coperte da una nebbia resistente. Al fondo una particella e’ inconoscibile. Il noumeno di Kant, ricordate? La sua realtà non e’ fatta di certezze, determinismo, causalita’, localita’ ( una cosa sta qui o li’ ) come tutto e’ nel nostro mondo quotidiano. 
Nel microcosmo dei quanti domina indeterminazione, inafferrabilita’,vaghezza, nebbia.
E non e’ tutto! C’e’ qualcosa di ancora piu’ subdolo! 
Proviamo a chiedere a un quantista: quali sono i connotati oggettivi di una particella?
Nel mondo quotidiano ogni cosa ha dei connotati precisi, visibili, percepibili, calcolabili: colore, dimensioni, altezza, larghezza, sapore ecc. Quali sono quelli di una particella? La risposta e’ sorprendente, stupefacente, rasenta la magia. In sostanza, direbbe il quantista, una particella, prima di essere scoperta, guardata, osservata, misurata… non ha connotati precisi. Li assume, volta a volta, se qualcuno, uno scienziato, un fisico, un osservatore li cerca! 
Ma come? Che assurdità’ e’ questa? 
Convinciamoci, direbbe il fisico, la particella non esiste in un senso preciso, classico, come esiste una forchetta, un’auto, un libro o la Luna. In un certo senso non ha nemmeno una realta’, in senso classico. Che cosa e’ per noi una cosa ” reale”, una cosa che esiste? E’ il fatto che la vediamo stare in un posto ( una statua ) o muoversi nello spazio ( la nostra auto). Per una particella e’ diverso: prima che noi la misuriamo, la cerchiamo, la osserviamo con i nostri strumenti di laboratorio, non si può’ dire per niente se stia davvero da qualche parte precisa, se abbia una velocità o qualunque altro connotato. Eppure c’è’. E’ come se, prima di un esperimento che la riguardi, essa non sia reale, non stia da nessuna parte o stia in ogni luogo. E’ come se non esistesse. Follia? Il padre della fisica dei quanti, Niels Bohr, lo affermava con naturalezza: ” la particella si concretizza solo in un esperimento, solo quando uno la osserva”. Provocando la ribellione di Einstein: ” e’ come dire, Niels, che la luna esiste solo quando la guardiamo”. ” Proprio cosi’, Albert”, ribatte’ il norvegese. Che pero’ aveva ragione. Non sulla luna, forse. Che esiste anche se non la guardiamo, chissa’…
Ma sulle particelle Bohr era nel vero ed Einstein nel torto. 
Non svenite! 
E’ fisica pura. 
Infatti, incredibile ma vero, la magia quantistica, in laboratorio, funziona. E’ reale. E’ coerente con i calcoli, la matematica, le previsioni. 
Bizzarra, strana ma funzionante! Sperimentabile! E, come diceva Galileo, se una cosa e’ sperimentabile, e’ scienza. 
Per capirne qualcosa di piu’, i fisici escogitarono una teoria. La stranezza quantistica, affermarono, dipendeva da un fatto: il quanto, la particella, era due cose insieme, inestricabili. In certe situazioni la particella si comporta come una “cosa”, un grumo materiale, un punto effettivo dello spazio, una pallina di materia. Come il libro, il pallone, la luna. Solo molto più’ piccolo. 
In altre situazioni, invece, la particella si comporta come fosse…un’onda! 
Accidenti! E che vuol dire? Semplice, in fondo. Cos’e’ un’onda? Pensate al mare. Un’onda non e’ una cosa che sta in un punto preciso. Occupa una serie di punti sullo specchio d’acqua. In alcuni di essi l’onda e’ piu’ alta, in altri piu’ bassa. Cosi’ una particella! 
Prima che un fisico la localizzi, la trovi o la misuri in qualche luogo, dicono i quantisti, la particella non e’ in nessun punto preciso : occupa ” potenzialmente”, come un’onda, molti punti dello spazio. Come un’ onda non puoi dire che e’ qui o li’. Ci sono, insomma, probabilita’, statisticamente diverse, di trovarla in un posto piuttosto che in un altro. Probabilita’. Ecco la parla chiave. La particella e’ iun punto, una cosa., quando la troviamo Ma e’ un’onda, e un’onda di sola probabilita’, prima che la cerchiamo. 
Siete liberi di non crederci. Ma e’ tutto vero! 
Il quanto, la particella si prende gioco di noi. Ama dissimulare. Ci raggira, gioca a nascondino con il povero osservatore. Ci sono esperimenti fisici con le particelle che hanno dell’incredibile: se mettete davanti ad una particella due fessure e lanciate la particella contro di esse, la particella sembra passare, contemopraneamente, da entrambe le porte. Ma solo se voi guardate esclusivamente il risultato su uno schermo e non pretendete di osservare da vicino il suo comportamento davanti alle due porte. Se, al contrario, fate i furbi e piazzate dei rivelatori nascosti per scoprire che fa la particella davanti alle porte, il risultato cambia: lei passa da una porta sola! Si chiama esperimento dell’ interferenza di Young. Si fa, ormai, in ogni lezione di fisica. 
Cosa ci insegna l’esperimento di Young? 
Che le cose con le particelle funzionano cosi': prima che le guardiamo sono come un’onda distribuita un po’ dappertutto. E si comportano magicamente o in modo bizzarro e stravagante: passano da tutte le porte. Ma quando si ” sentono” osservate le cose cambiano: smettono di essere onda e decidono di manifestarsi come una” cosa”, che ha una posizione, una velocita’ o una direzione: passano da una sola porta. L’onda…collassa, dicono, elegantemente, i fisici quantisti. Non e’ meraviglioso? 
Questa lunga premessa serviva a introdurre l’entanglement!. Come se non avessimo gia’ incontrato stranezze e stravaganze a sufficienza, ora incontriamo il piu’ ineffabile di tutti i fenomeni quantistici, il piu’ inquietante, enigmatico, misterioso, inafferrabile. 
Che significa entanglement? In breve questo: se due particelle hanno un’origine comune, diventano entangled, aggrovigliate, rese sorelle. Essendosi toccate, perche’ nate, ad esempio in uno stesso fenomeno ( una radiazione, una collisione tra atomi, una corrente elettrica ecc ), le due particelle diventano l’una lo specchio dell’altra: hanno le stesse identiche caratteristiche, come fossero gemelle: uguali ma opposte ( come se si guardassero in uno specchio, appunto). E mantengono tale specularita’ e uguaglianza in eterno e a qualunque distanza tra loro. 
Facciamo un esempio. 
In un certo evento nascono due particelle: le chiamiamo Anna e Rachele. Sono entangled appunto: si sono toccate nell’origine comune, come gemelle in un unico ovulo. Appena nate ( le particelle non possono stare ferme mai ), le due gemelle si separano e volano via, in direzioni opposte e lontane. Mettiamo: Anna si dirige a Chicago; Rachele va verso Arturo, la grande stella rossa del cielo del Nord, a 37 anni luce da noi . Sono distanti ma tra loro esiste un legame industruttibile, magico, inesorabile, ineliminabile, eterno! Le loro caratteristiche sono speculari: uguali ed opposte. Insomma: se misuriamo una caratteristica specifica e particolare di Anna a Chicago, possiamo essere certi che Rachele su Arturo presentera’ la stessa identica caratteristica seppure opposta e speculare. Prendiamo una caratteristica delle particelle: lo spin. Che e’ lo spin? Lo spin e’ un modo di essere delle particelle che quando viaggiano lo fanno come roteando su se stesse, come fossero una trottola. La trottola puo’ roteare dritta, piegata a destra o piegata a sinistra o piegata secondo angoli diversi rispetto al piano. Cosi’ le particelle. Solo che esse non roteano su un piano ma nello spazio. E quindi, ad esempio, diversamente dalle trottole reali, oltre che a destra o a sinistra possono roteare anche verso sopra o verso sotto. Torniamo alle due gemelle. Misuriamo lo spin di Anna a Chicago e verifichiamo, ad esempio, che esso e’ ” orientato su “. Possiamo essere matematicamente certi che, su Arturo, Rachele ha lo stesso spin ma opposto: cioe’ ” orientato giu'”! Se misurassimo lo spin di Anna in qualunque altra direzione o angolo particolare, Rachele ha sempre la stessa speculare direzione o angolo ma di segno opposto. 
E che c’e’ di strano direte voi? Potrebbe essere ovvio che due particelle, nate in un fenomeno comune mantengano per sempre caratteristiche uguali e opposte. Siano cioe’ speculari tra loro. Non e’ ovvio affatto! Ricordiamoci cosa si diceva qualche riga fa: secondo la fisica una particella non caratteristiche specifiche pre-definite. Prima di essere misurata e’, ricordate, solo un’onda di probabilita': esiste in una pluralita’ di probabili posizioni. Solo nel momento in cui la misuriamo, la particella collassa e decide di manifestare in una caratteristica specifica ( una posizione o una velocita’ o un particolare spin ). E’ come se la donna dei vostri sogni avesse tutti i possibili colori degli occhi e solo quando li guardate assumono un colore particolare. Non chiedete perche’. La scienza dice che e’ cosi’. E basta. Non lo trovate pazzesco? 
E torniamo all’entanglement. Rifacciamo l’esperimento su Anna a Chicago. Misuriamo lo spin di Anna ( la direzione in cui ruota su stessa ). Quando Anna vede lo strumento, il rivelatore, l’apparato dello sperimentatore, immediatamente collassa: assume una determinata caratteristica. In questo caso: un determinato spin, “orientato su”, abbiamo detto. Rachele, in tutto questo, sta su Arturo e nulla sa delle peripezie di Anna in un laboratorio di Chicago. Eppure la decisione casuale di Anna di collassare in una delle infinite probabilita’ di spin cambia istantaneamente la vita di Rachele. Se Anna decide di mostrare, lo spin “su”, Rachele, come d’incanto, assume ( se su Arturo uno la misurasse ) lo spin “giu”. Cioe’ uguale e contrario. Come in uno specchio. Incredibile. E’ come se Anna da Chicago mandasse un segnale a Rachele, distante anni luce, che dice: ” adeguati sorella, sto per assumere la caratteristica x, y oppure z”! E’ come se Anna trasferisse un’informazione istantanea a Rachele. Ma la fisica dice che non e’ possibile che un segnale sia istantaneo: dovrebbe viaggiare piu’ veloce della luce. E questo e’ escluso! Eppure e’ vero: Rachele, su Arturo, assume istantaneamente la caratteristica speculare di Anna a Chicago quando Anna la manifesta! Magico. Misterioso. Sconvolgente. Ma forse, direte, Arturo e’ troppo lontana per andare a verificare questa strana teoria. Chi ci dice che succede questo nella realta’? Mi dispiace: questo esperimento e’ stato fatto e verificato sulla Terra. Piu’ e piu’ volte. E ha funzionato, sempre. Il misterioso entanglement e’ stato dimostrato: due particelle che si sono toccate, in un’origine comune, si influenzano simultaneamente, si condizionano istantaneamente, si cambiano l’una nell’altra a velocita’ maggiore della luce. Indipendentemente dalla distanza. Assurdo? Fantasmatico. Spoky, diceva Einstein. Eppure vero, sperimentato, verificato, assodato. 
Questo e’ l’entanglement: misterioso, insinuante, fantascientifico. Ma reale! 
Infine: possiamo farne qualcosa di utile? Tradurlo in qualche applicazione concreta? Come tante altre scoperte “strane” della fisica quantistica che abbiamo tradotto in oggetti reali ( il laser, i transistors, il televisore smart, , il computer, il microscopio elettronico, l’apparecchio per la risonanza magnetica, i superconduttori, i nuovi materiali, la fissione o la fusione nucleare, le macchine cliniche ad antimateria come la Pet ecc. ecc )? Possiamo utilizzare anche l’entanglement? 
C’e’ chi pensa di si’. Si chiama teletrasporto. Sarebbe la forma piu’ veloce di viaggio nello spazio: materializzarsi istantaneamente in un altro posto. Comparire, letteralmente, da un’altra parte. Non conta quanto lontano si trovi. In fondo cosa ha fatto Anna con Rachele? E’ come se avesse fatto una fotocopia delle caratteristiche che ha deciso di assumere e l’avesse spedita su Arturo a velocita’ superiore a quella della luce. Rachele su Arturo, letta la fotocopia, si e’ adeguata ed ha assunto le caratteristica della gemella Anna. Si e’ trasformata nel suo clone speculare. C’e’ chi pensa che quello che avviene per una particella, puo’ avvenire, un giorno, per il corpo umano: perche’ non immaginare che si possa scannerizzare il nostro corpo, tradurlo in informazioni digitali e trasferire tali informazioni, in tempo reale con l’entanglement, a Chicago, Mosca o sulla Luna? Dove come fa Rachele su Arturo, quelle informazioni reincollate in atomi e molecole da un supercompuetr, ricostruiscono in quel posto una copia esatta di noi stessi? In teoria non ci sarebbe alcun divieto della fisica: l’entanglement funziona ( seppur solo con le particelle…sinora)! Certo, dobbiamo saperlo, a teletrasportarsi non saremmo noi stessi ma solo la nostra…fotocopia!

Umberto Minopoli

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