Meccanica quantistica: l’interpretazione a molti mondi

L’interpretazione a molti mondi (MWI, Many Worlds Interpretation), è una delle interpretazioni della meccanica quantistica, formulata in alternativa all’interpretazione di Copenaghen.

L’interpretazione a molti mondi ha preso spunto dal lavoro dal fisico Hugh Everett III del 1957. È stata formulata successivamente da Bryce Seligman DeWitt, che ha introdotto il termine “a molti mondi” per riferirsi all’idea che una misurazione di una proprietà di uno stato quantistico abbia come conseguenza la divisione della storia dell’universo in molti mondi distinti, ciascuno dei quali caratterizzato da diversi risultati della misura.

La constatazione, in meccanica quantistica, che l’osservazione fa collassare la funzione d’onda dando vita ad una delle possibilità, mentre le altre svaniscono è riconducibile all’interpretazione di Copenhagen ma presenta un problema: vi deve essere una rilevazione del sistema osservato per permettere il collasso della funzione d’onda.

In mancanza di un osservatore non vi sarebbe realtà fisica ma un numero sconfinato di possibilità (equazione d’onda di Schrödinger: una funzione d’onda racchiude tutte le possibilità).

Il problema venne in parte risolto grazie ad un’altra teoria meno in linea con la visione ortodossa della meccanica quantistica: la teoria dei molti mondi di Everet-Wheerler-Graham che non considera le diverse possibilità solo probabilità di una funzione d’onda, ma le considera reali.

Hugh Everett cercò di formulare una alternativa all’interpretazione di Copenaghen, cercando di superare la discontinuità nell’evoluzione temporale dei sistemi fisici rappresentata dal collasso della funzione d’onda.

Il fisico statunitense cercò di trovare una spiegazione in particolare al problema dell’interazione fra l’osservatore che compie una misura e il sistema effettivamente osservato, nell’insieme delle leggi quantistiche.

Al contrario della meccanica classica dove lo stato di una particella è specificato dalla sua posizione e dalla sua velocità, la funzione d’onda rappresenta lo stato di una particella o di un qualsiasi sistema fisico quantistico.

L’evoluzione temporale della funzione d’onda è data dall’equazione di Schrödinger, che, come l’equazione delle onde, è una equazione differenziale lineare. Questo significa che date due soluzioni distinte, anche una loro qualsiasi combinazione lineare è ancora una soluzione dell’equazione di Schrödinger.

Una funzione d’onda può quindi essere una arbitraria combinazione lineare di funzioni d’onda rappresentanti stati differenti.

Per la teoria dei molti mondi tutte le possibilità si realizzano, le possibilità e la funzione d’onda che le contiene sono reali: il mondo si divide in due rami in cui uno vede la concretizzazione di una possibilità e l’altro la realizzazione dell’altra possibilità.

A questo punto sorge il problema di capire come emergano proprietà delle particelle quali la posizione, la velocità o l’energia, quando una misurazione viene effettuata.

Secondo l’interpretazione di Copenaghen, una misurazione perturba in modo discontinuo lo stato del sistema misurato provocando il collasso della funzione d’onda, in seguito al quale l’osservabile sotto misurazione assume il valore misurato.

Tuttavia in questo modo le osservazioni stesse del fenomeno, e quindi anche gli osservatori, diventano protagonisti dell’evoluzione temporale dei sistemi fisici, in modo tale che non si può più assumere l’esistenza di una natura senza un osservatore che attivamente la misuri.

L’interpretazione di Copenaghen ci dice che non esiste una realtà indipendente dalla osservazione-percezione.

L’interpretazione a molti mondi ha tentato di ridurre il ruolo protagonista dell’osservatore e di rimuovere il problema del collasso della funzione d’onda.

Everett considerava sia l’osservatore che il sistema misurato uniti in un unico stato, o mondo. Al momento dell’osservazione, a seguito dell’interazione fra gli apparati sperimentali o fra i sensi dell’osservatore con il sistema misurato, lo stato globale si divide in numerosi “mondi”, uno ciascuno per ogni possibile risultato della misura.

In questo modo nessun risultato casuale viene prodotto dalla misurazione, ad esempio se si misura una variabile che ammette sia i valori “0” o “1”, ci saranno due mondi, uno in cui l’osservatore misurerà “1” e un altro in cui invece otterrà “0”.

L’osservazione è un processo che modifica sempre gli stati dei sistemi misurati, ma adesso, al contrario dell’interpretazione di Copenaghen, i sistemi osservati più gli osservatori evolvono insieme secondo leggi deterministiche che stabiliscono come sono fatti i “singoli mondi“, con i loro possibili risultati, e come è strutturata la totalità di essi: cioè l'”universo”.

L’interpretazione a molti mondi di Everett

L’idea di Everett affronta il problema della misurazione proponendo di considerare la funzione d’onda complessiva sia del sistema misurato che degli strumenti di misurazione.

Infatti, chi esamina l’evoluzione di un sistema non è indipendente da tale evoluzione: interviene una correlazione tra i processi del sistema e l’osservatore. Così c’è un sistema complessivo isolato comprendente il suo sottosistema osservato e l’osservatore, e una loro evoluzione combinata.

Quel che potremmo chiamare il postulato di Everett si può riassumere con: tutti i sistemi isolati evolvono secondo l’equazione di Schrödinger. Postulato che comunque riconduce esattamente alle predizioni (sui dati sperimentali) già contemplate dall’interpretazione di Copenaghen.

La funzione d’onda universale conterrebbe così una divergente serie di stati in realtà percepibili come altri mondi, ramificate e separate.

Tale conseguenza teorica si scontrò con l’opposizione di buona parte della comunità scientifica.

Secondo questa interpretazione, la stessa teoria quantistica implicherebbe necessariamente la realizzazione di ogni stato finale dei relativi processi, ciò sarebbe conseguenza logica della sua premessa iniziale, la teoria dei molti mondi si limiterebbe semplicemente ad accettare, fino alle sue ultime conseguenze e quindi in concrete realtà, quel che già prescrive l’equazione di Schrödinger.

In sostanza:

– Per l’Interpretazione di Copenhagen l’equazione d’onda di Schrödinger sviluppa infinite possibilità.
– Per Everet-Wheerler-Graham l’equazione di Schrödinger crea distinti rami di realtà.

La teoria dei molti mondi risolve il problema dell’osservatore che fa collassare una delle possibilità in quanto prevede che le funzioni d’onda si dividano.
Nella interpretazione di Copenhagen la funzione della coscienza riveste un ruolo fondamentale per far collassare una delle possibilità, mentre per Everet-Wheerler-Graham anche la coscienza si divide.

In altre parole, quando ci troviamo presenti al momento della divisione, la coscienza si divide associandosi alle diverse realtà. Queste ultime sono divise e non accessibili tra di loro.

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