Introduzione

La filosofia tranquillizzante di Heisenberg e Bohr – o si tratta di una religione? – è strutturata così abilmente da permettere ai veri credenti di riposarsi tra guanciali talmente soffici che non è facile svegliarli.

A. Einstein

La “filosofia della meccanica quantistica”, o almeno ciò che è stato a lungo presentato come tale, non ha fatto altro che occultare problemi interni alla teoria fisica. Non solo: essa ha anche reso diffi­cile un effettivo apprezzamento del teorema di Bell. Dopo aver introdotto il problema della misura e la non località, passeremo in rassegna vari tentativi di soluzione che sono stati proposti per elaborare una versione (o un’alternativa) completamente coerente della meccanica quantistica.

Quando ho studiato la meccanica quantistica ho imparato che l’oggetto più fondamentale di questa teoria, la funzione d’onda, non descriveva il sistema fisico in esame, bensì la conoscenza che ne avevamo.¹

In ciò risiedevano l’originalità e la stranezza radicale della meccanica quantistica. Ma cosa significava tutto ciò? Di certo non quello che si poteva credere ingenuamente: non si studiavano certo i processi interni al cervello umano che sono associati a ciò che chiamiamo “conoscenza”. In fin dei conti, si trattava forse di qualcosa di banale: non possiamo far altro che studiare oggetti o proprietà accessibili alla conoscenza umana; se esistono realtà radicalmente inaccessibili alla nostra percezione o alla nostra conoscenza non le studiamo per definizione. Ma allora, dove stava la novità? Capitava di spingersi più in profondità; si imparava allora che la meccanica quantistica non aveva fatto che giustificare un punto di vista filosofico precedente, risalente almeno a Kant, Hume e Mach e sviluppato dai positivisti moderni.² Strano: ecco una teoria fisica che ci costringe ad adottare una prospettiva filosofica specifica, senza la quale non è possibile comprenderla.³ Mermin cita una formulazione estremizzata di quest’idea ([42], p. 115): «La dottrina secondo cui il mondo è fatto di oggetti la cui esistenza è indipendente dalla coscienza umana si trova essere in conflitto con la meccanica quantistica e con fatti sperimentali ben stabiliti» ([50]). Effettivamente, la scienza suppone tradizionalmente che si possa separare il “soggetto” umano dall’oggetto studiato. Ma la meccanica quantistica aveva imposto una svolta: la filosofia “realista” (a volte completata con la parola “meta­fisica” o “ingenua”) era divenuta non più difendibile. Questa filosofia aveva avuto i suoi momenti di gloria nel XVIII e nel XIX secolo, all’apogeo del materialismo scientifico trionfante. Einstein era ancora legato a quella visione delle cose. È per questa ragione che non aveva mai potuto ammettere la meccanica quantistica. Ma quest’ultima ci era imposta dai fatti. Personalmente, neanch’io mi trovavo disposto ad accettare un tale punto di vista. Mi sembrava che ci fosse qualche cosa di profondamente sbagliato nella posizione positivista, ma per delle ragioni puramente filosofiche, e non vedevo come una teoria scientifica, ed ancor meno “i fatti”, potessero cambiare qualcosa in tutta la faccenda. Non solo, vedevo che Einstein, Schrödinger e qualche volta De Broglie avevano sollevato obiezioni all’interpretazione dominante della meccanica quantistica. Ma, mi si diceva, costoro ap­partenevano ad un’altra generazione, e non avevano mai potuto ammettere la nuova visione del mondo e della scienza elaborata da Bohr, Heisenberg e Pauli. Tuttavia, ogni teoria scientifica essendo destinata a perire, almeno così pare, non potrebbe darsi che un giorno un’altra teoria, più perfezionata, comportasse una revisione delle nostre concezioni filosofiche? Ma anche questa speranza era vana, von Neumann avendo, almeno così sembrava, dimostrato che ogni teoria “realista” sarebbe entrata necessariamente in conflitto con le previsioni sperimentali. I fatti stessi imponevano dunque una visione della scienza radicalmente nuova.

Eppure, Schrödinger ed il suo gatto mi sembravano aver messo in rilievo una difficoltà concettuale fondamentale della meccanica quantistica. Mi sembrava si trattasse di un problema ben più importante della tradizionale questione del determinismo, nella quale si volevano rinchiudere i “dissidenti”. D’altro canto, non riuscivo bene a vedere quale partito trarre dalle obiezioni di Einstein: con Podolsky e Rosen, egli aveva tentato di mostrare che la meccanica quantistica era manifestamente una descrizione incompleta della realtà. Ma tutti erano d’accordo nel ritenere che Bohr avesse fatto fronte in modo magistrale a queste obiezioni. C’era anche un certo Bohm che, sulle tracce di Louis De Broglie, aveva cercato di proporre un’interpretazione della meccanica quantistica in ter­mini di «variabili nascoste».

Ma anche questo tentativo si era rivelato un fallimento. In più, un certo Bell aveva mostrato in ma­niera incontrovertibile che ogni tentativo d’interpretazione in termini di «variabili nascoste» doveva, se non voleva contraddire le previsioni della meccanica quantistica, essere non locale, il che era chiaramente inaccettabile. Non vedendo vie di uscita ai problemi mi sono occupato di altre cose, restando comunque insoddisfatto, come molti della mia generazione. Da qualche anno sembra però essersi risvegliato l’interesse per le questioni relative ai fondamenti della meccanica quantistica. Le differenti versioni di quella che viene chiamata l’«interpretazione di Copenhagen» sembrano raccogliere consensi sempre meno unanimi.⁴ Uno degli scopi di questo articolo è quello di spiegare come vi sia un problema effettivo nella meccanica quantistica in quanto teoria fisica. Il problema è sottile e non ha conseguenze pratiche – ma sussiste. Occorre però evitare di attribuire a questo problema un’importanza eccessiva e, in ogni caso, non precipitare nella deriva irrazionalista in cui ci si imbatte talvolta ai margini del dibattito sulla meccanica quantistica. Peraltro, intendo mostrare che il problema è stato storicamente trasfigurato pretendendo che la soluzione risiedesse nell’adozione di uno specifico punto di vista filosofico. Intendo anche spiegare perché un certo numero di idee trasmesseci, come quelle che avevo imparato quando ero studente (sul teorema di Bell, sull’impossibilità di teorie a variabili nascoste), siano erronee. Comincerò con una breve discussione filosofica sull’opposizione tra realismo e positivismo (Sezione II). Può sembrare strano iniziare con una discussione filosofica.⁵ Mi sembra tuttavia indispensabile prendere le mosse da una chiarificazione di queste nozioni, spiegando in particolare ciò che il realismo filosofico non è, a tal punto la confusione su tale questione perverte ogni discussione sui fondamenti della meccanica quantistica. Indicherò poi quale sia esattamente il problema della meccanica quantistica (Sezione III), e cercherò di mostrare che tale problema non è legato ad una posizione filosofica specifica. Non solo, l’idea in base alla quale la soluzione del problema consista nell’adottare una posizione filosofica positivista ha reso difficile la comprensione dell’aspetto più radicalmente nuovo della meccanica quantistica, cioè il suo carattere non locale, messo in evidenza da Einstein, Podolsky, Rosen e da Bell (Sezione IV). Infine, indicherò brevemente le soluzioni possibili esistenti (Sezione V). Sebbene nessuna di esse sia interamente soddisfacente, alcune sono molto più interessanti di quanto si affermi correntemente (spesso senza esaminarle in dettaglio), ed occorre certamente studiarle se si vuole arrivare un giorno ad una teoria quantistica totalmente coerente e priva di ambiguità. Devo però sottolineare che pressoché niente di ciò che si trova in quest’articolo è originale (eccetto, come si dice di solito, gli errori). In effetti, i lavori di Bell ([7, 5]) contengono, anche se spesso in maniera molto stringata, quasi tutto ciò che può essere detto oggi sui problemi della meccanica quantistica. Uno degli obiettivi principali di questo articolo è quello di incoraggiare il lettore a studiare gli scritti di Bell. Per facilitare la lettura dell’articolo ho spostato tutta la parte dell’esposizione che necessita di equazioni nelle Appendici da I a III, mentre l’ultima Appendice è dedicata ad alcune tracce bibliografiche.

Note

¹ Per esempio, Heisenberg scrive: «La concezione della realtà oggettiva delle particelle elementari si è dunque stranamente dissolta, non nella nebbia di una nuova concezione della realtà oscura o mal compresa, ma nella chiarezza trasparente di una matematica che non rappresenta più il comportamento della particella elementare ma la conoscenza che ne abbiamo»([34], p. 18). Dal canto suo Bohr dichiarava: «Non c’è un mondo quantistico. C’è solo una descrizione quantistica astratta. È sbagliato pensare che lo scopo della fisica sia di sapere che cos’è la natura. La fisica si occupa di ciò che possiamo dire della natura» (si veda [7], p. 142). E Peierls aggiunge: «Vedete, la descrizione della meccanica quantistica si fa in termini di conoscenza. E la conoscenza necessita di qualcuno che conosca» ([17], p. 174). Se ci si sposta sulla divulgazione scientifica si arriva talvolta a questo: «I fisici si domandano se un albero – o qualsiasi altra cosa – debba essere osservato per poter esistere realmente» ([19], citato in [42], p. 115). Visto quello che dicono gli scienziati, è difficile rimproverare a qualcun altro, per esempio a Claude Levi-Strauss, di fare le seguenti affermazioni: «Fino al diciannovesimo secolo almeno, la fortuna delle scienze “dure” è stata che i loro oggetti vennero considerati meno complessi dei mezzi di cui dispone la mente per studiarli. La fisica quantistica ci sta insegnando che ciò non è più vero e che in questo rispetto prende corpo una convergenza tra le differenti scienze (o pretese tali). È così, almeno mi pare, che occorre intendere le affermazioni di Niels Bohr» [37].

² Quando utilizzo il termine “positivismo” è a questa tradizione che faccio riferimento, non ad Auguste Comte.

³ Ciò contraddiceva un’altra idea, altrettanto diffusa, secondo cui la scienza poteva perfettamente fare a meno della filosofia. I due asserti potevano essere riconciliati facendo apparire il positivismo non più come una filosofia specifica, ma come una parte integrante dell’argomentare scientifico.

⁴ Ovviamente, l’immensa maggioranza dei fisici si fa forte di questa interpretazione. Tuttavia, tra coloro che scrivono libri o articoli sulla meccanica quantistica si avverte un crescente malcontento. A mio avviso l’opera di Bell [7], che è ancora troppo poco conosciuta, ha giuocato un ruolo notevole in questa lenta presa di coscienza. A parte quest’opera fondamentale possiamo citare, ad esempio, [38, 1, 2, 20] come testi che criticano, almeno implicitamente, i dogmi della scuola di Copenhagen. Si danno anche sforzi recenti che tentano di migliorare la presentazione del punto di vista di Copenhagen, senza per questo rompere con tale tradizione [33, 44, 28].

⁵ E controproducente: i fisici hanno una profonda diffidenza, in parte legittima, per i “pregiudizi” filosofici. Ma il mio scopo è di mostrare che i peggiori pregiudizi non stanno necessariamente dalla parte del realismo. Del resto, non essendo un filosofo, sono cosciente di utilizzare una terminologia un po’ imprecisa per designare le differenti correnti di pensiero. Quello che mi interessa è il modo in cui tali correnti si riflettono nella posizione adottata dagli scienziati di fronte alla loro prassi.