Entanglement

Quella che vedete è la equazione di Paul Adrien Maurice Dirac, una delle più belle equazioni della fisica,  che descrive il fenomeno dell’entanglement.

(dove ‘m’ è la massa del sistema considerato, ‘∂’  è una variabile di Feynman e ‘Ψ’ è la funzione d’onda che descrive lo stato fisico del sistema).

Il quadrato di questa funzione d’onda (Ψ²) indica la massima probabilità che l’evento si verifichi in un determinato spazio.

Fermi, non scappate via. Non vi mangio mica. Spiego tutto.
La funzione d’onda Ψ(x,t), non è altro che una equazione usata in meccanica quantistica per determinare la posizione di un oggetto nello spazio (x) e nel tempo (t). Visto che non è complicato?

Avevo già letto qualcosa sull’entanglement, attribuendoci poca importanza dal momento che la consideravo una teoria strampalata. Ma, in realtà, sbagliavo e ammetto che non avevo capito proprio un bel niente.

Grave! direbbe il mio cane.
Certo. E così colgo l’occasione per correre ai ripari.

L’occasione è arrivata leggendo un articolo su Galileo di Sandro Iannacone che mi ha incuriosito. Siccome sono tenace, testardamente alla ricerca di sapere, allora mi sono dato da fare per capirci qualcosa.
Vi assicuro che non è roba nemmeno per il mio sapientone astrofisico del mio cane.

E che sarà mai ? – mi domanda il mio amico a quattro zampe, un po’ risentito.

Tanto per cominciare – mi rivolgo gentilmente al mio fedele cane sdraiato sul tappeto – ti dico che è qualcosa che riguarda la meccanica quantistica. Una sorta di mistero che non ha fatto dormire gente come Niels Bohr, Albert Einstein.

Faccio una premessa (tanto per entrare piano piano nel discorso).
L’entanglement è un termine quasi intraducibile in italiano, possiamo chiamarlo “intreccio” (dall’inglese to entangle «impigliare, intricare»).
Ma possiamo definirla anche come “correlazione” e rappresenta il paradosso più difficile da accettare della teoria dei quanti, poiché implica un’azione “fantasmatica” a distanza, cioè senza nessuna intermediazione, violando anche il principio per cui nessuna informazione può superare la velocità della luce.
Fu proprio Einstein a usare quelle irridenti parole: “azione fantasmatica a distanza” ormai entrate nella storia per definire l’entanglement.

Ok, detta in poche parole “l’entanglement quantistico” è il fenomeno in cui due o più particelle che si sono trovate in interazione reciproca per un certo periodo, anche se separate spazialmente, rimangono in qualche modo legate indissolubilmente (entangled), nel senso che quello che accade ad una di esse, si ripercuote istantaneamente anche sull’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa.

Ma vediamo di cosa si tratta (anche sollecitato dalla impazienza del mio cane).

Uno dei concetti base della fisica classica che ci viene insegnata a scuola è quello di “località” ovvero ciò che accade in un determinato luogo dello spazio non può avere influenza in un altro luogo dello spazio, a meno che non ci sia un intervento (collegamento) diretto ad esempio, sia trasmesso un segnale da un luogo all’altro.

Nella meccanica quantistica e quindi nella fisica applicata a livello atomico e subatomico si verifica qualche cosa che si discosta totalmente dal principio di località.

L’idea è semplice: se due particelle, poniamo due fotoni, chiamati A e B, dopo aver interagito per un istante si allontanano in direzioni opposte, ciascuna conserverà una parte del moto totale delle due particelle.
La quantità di moto (q=m*v, massa per velocità), secondo le leggi della fisica, viene cioè “divisa” tra i due fotoni. E fin qui tutto bene.
Una legge fisica dice che la quantità di moto di un sistema isolato resta costante. Ora, se uno sperimentatore osserva il fotone A e calcola la sua quantità di moto, riuscirà a ricostruire facilmente la quantità di moto di B.
Semplice, vero?

Bene, a questo punto arriva la parte sconvolgente (mi ci è voluto un po’ a capirlo ma ci sono riuscito). La cosa assume i toni della pura fantascienza.

Se lo sperimentatore misura la quantità di moto del fotone A, istantaneamente da qualsiasi altra parte dell’universo si trovi il fotone B (anche lontano molti anni-luce) la sua funzione d’onda assume la quantità di moto prevista, mentre prima dell’osservazione del fotone A si trovava in uno stato di totale indeterminazione.

Tale legame, implicito nella funzione d’onda del sistema, si mantiene anche quando le particelle sono a distanze molto grandi.

Quindi viene a cadere il principio della “località” a favore della “non-località”, ossia il fatto incontrovertibile che l’entanglement stabilisce una “relazione” tra le particelle quantistiche, che si mantiene a prescindere dalla distanza nello spazio e al di là della limitazione relativistica della velocità della luce.

Vero o falso?
Un esperimento ha dimostrato nel 1982 incontrovertibilmente che l’entanglement era reale, e che per quanto paradossale fosse, il fenomeno era pur tuttavia concreto.

Un altro esperimento che è stato condotto, è quello su due elettroni che orbitano nello strato più esterno di un atomo. Entrambi hanno la caratteristica di mantenere i loro spin sempre in direzione opposta. L’orientamento deve essere opposto per poter stare simultaneamente in quella stessa zona. Quello che è stato osservato, è che qualunque sia il valore dello spin assunto da uno dei due elettroni, il valore assunto dall’altra particella è sicuramente opposto al primo. E questo non accade solo quando i due elettroni sono vicini, ma accade qualunque sia la distanza tra loro.
E’ questo quanto afferma il fenomeno dell’entanglement

E’ fantastico e sconvolgente tutto questo – esclama il mio cane – Quali ripercussioni ci possono essere?

In questi anni – rispondo – molti fisici cominciarono a chiedersi quello che probabilmente anche tu ora ti starai chiedendo: sarebbe possibile utilizzare l’entanglement per comunicare a distanze enormi e, perché no, viaggiare nello spazio superando il limite della velocità della luce?

L’idea non è per niente sprovveduta.
Alcuni fisici teorici rispettivamente dell’Institute for Advanced Study di Princeton e della Stanford University di Palo Alto, hanno immaginato di rendere entangled due buchi neri, quindi poi separarli e tenerli a distanza (congetture solo matematiche, naturalmente).
Da queste ipotesi è venuto fuori che si formerebbe un vero wormhole tra i due buchi neri.

Quindi in linea di principio, due buchi neri separati potrebbero essere connessi, come corni di una tromba, a costruire una specie di scorciatoia nello spazio-tempo, il wormhole, per l’appunto.

Ma c’è dell’altro.
Due équipe indipendenti di scienziati sostengono che sarebbe possibile creare un wormhole anche tra due particelle quantistiche ordinarie, come i quark.

Non riesco ad immaginare cosa possa significare questo entanglement tra particelle subatomiche.
Ma questo lo scoprirò in un’altra occasione.

Quello che invece andrò a dirvi in un altro post è la connessione dell’entanglement sull’uomo chiamata “Risonanza interpersonale”.

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