Interpretazione di Copenaghen

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L'interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica si ispira fondamentalmente ai lavori svolti da Niels Bohr e da Werner Karl Heisenberg attorno al 1927, all'epoca della loro collaborazione a Copenaghen, e riceve una formulazione meglio definita soprattutto a partire dagli anni Cinquanta del secolo scorso. L'interpretazione riguarda aspetti della meccanica quantistica quali il principio di complementarietà e la dualità onda-corpuscolo.

Nel classico esperimento in cui la luce attraversa uno schermo sul quale sia praticata una doppia fenditura si ottengono, su una lastra posta di fronte allo schermo, bande alterne di colore chiaro e scuro, che possono essere interpretate come le zone in cui le onde luminose interferiscono costruttivamente oppure distruttivamente. La luce, tuttavia, presenta anche alcuni comportamenti interpretabili assumendo che essa abbia natura corpuscolare; d'altra parte, in condizioni sperimentali opportune, corpuscoli come gli elettroni manifestano proprietà ondulatorie (per esempio, producono figure di interferenza).

Tutto ciò pone alcune questioni interessanti. Supponiamo di ripetere l'esperimento della doppia fenditura riducendo l'intensità del fascio di luce, in modo tale da avere un solo fotone alla volta: nonostante i fotoni colpiscano uno a uno lo schermo, nel complesso si dovrà riottenere la figura d'interferenza tipica delle onde che già si era avuta prima.

Le questioni poste da questo esperimento sono:

La meccanica quantistica stabilisce soltanto in modo probabilistico il punto in cui ogni particella colpirà lo schermo e identifica le zone chiare e le zone scure come quelle per cui la probabilità di essere colpite da una particella è, rispettivamente, alta oppure bassa; non è in grado di prevedere in modo esatto dove un determinato corpuscolo andrà a colpire.
Cosa succede alle particelle nel percorso che dalla sorgente le porta allo schermo? Ogni particella è descritta da una funzione d'onda non localizzata: sembrerebbe che essa interagisca con entrambe le fenditure, ma se la si considera come puntiforme non può che attraversarne una sola.

L'interpretazione di Copenaghen si pone di fronte a tali questioni nel modo seguente:

Le affermazioni probabilistiche della meccanica quantistica sono irriducibili, nel senso che non riflettono la nostra conoscenza limitata di qualche variabile nascosta. Nella fisica classica, si ricorre alla probabilità anche se il processo è deterministico (per esempio il lancio di un dado), in modo da sopperire a una nostra conoscenza incompleta dei dati iniziali (nell'esempio: conoscendo l'altezza da cui viene lanciato il dado, la velocità, l'angolo d'inclinazione sarebbe possibile calcolare il risultato, cioè conoscere a priori come poserà il dado sul tavolo: si tratta solo di leggi meccaniche). Per contro, l'interpretazione di Copenaghen sostiene che, in meccanica quantistica, i risultati delle misurazioni di variabili coniugate sono fondamentalmente non deterministici (ossia anche conoscendo tutti i dati iniziali è impossibile conoscere a priori il risultato di un esperimento, poiché l'esperimento stesso influenza il risultato).
L'interpretazione di Copenaghen dichiara prive di senso domande come: «Dov'era la particella prima che ne misurassi la posizione?», in quanto la meccanica quantistica studia esclusivamente quantità osservabili, ottenibili mediante processi di misurazione. L'atto della misurazione causa il «collasso della funzione d'onda», nel senso che quest'ultima è costretta dal processo di misurazione ad assumere i valori di uno a caso dei possibili stati permessi.

Dell'interpretazione di Copenaghen esistono numerose varianti (per esempio quella delle cosiddette storie coerenti), che differiscono tra loro anche in base al grado di 'realtà' assegnato alla funzione d'onda.

[modifica] Critiche

Molti fisici e filosofi hanno mosso obiezioni all'interpretazione di Copenaghen e le celebri frasi di Albert Einstein: «Dio non gioca a dadi^[1]» e «credi davvero che la Luna non sia lì se non la guardi?» ne sono una esemplificazione. Gli aspetti che suscitano maggiori perplessità sono:

la discontinuità tra il processo deterministico che regola l'evoluzione della funzione d'onda e il fenomeno indeterministico del collasso;
la scarsa chiarezza nel definire i concetti di «misurazione» e di «osservatore».

La completezza della meccanica quantistica è stata attaccata dall'esperimento mentale di Einstein-Podolsky-Rosen, inteso a mostrare che devono esistere alcune variabili nascoste, se si vogliono evitare effetti a distanza istantanei e non locali. Una serie di esperimenti, atti a verificare o smentire il teorema di Bell hanno indicato come la descrizione quantistica della realtà sia incompatibile con il l'ipotesi di realismo locale che sta alla base del paradosso EPR.

[modifica] Intepretazioni alternative

Molti fisici hanno sottoscritto l'«interpretazione di ordine zero» della meccanica quantistica, riassunta nel famoso detto: «Zitto e calcola!», solitamente (ma forse incorrettamente^[2]) attribuito a Feynman.

Un elenco di interpretazioni alternative si trova nell'articolo interpretazioni della meccanica quantistica.