A B C della Quantistica

[Zaldo]

Mancava la parte:
Alcuni "interpretatori" dicono di NO, e quando metti in contatto il "marchingegno infernale" le proprietà quantistiche dello spin/nucleo radiattivo si trasferiscono al sistema "gatto" (e quindi diventa sia vivo che morto) e invece la misura consiste nell'aprire la scatola da parte dello scienziato.
Poi nella versione spin non è chiarissimo come funziona il "marchingegno infernale comprato al gedanken Shop di Vienna", nel senso non specifica cosa misura lo spin. Invece nell'altra versione abbiamo distinzione tra:
nucleo radioattivo - contatore Geiger - martelletto - fiala veleno
però sono sottigliezze, ma forse per i "profani" così è più semplice

[vaeVictis]

Onestamente ho qualche dubbio sul dado normale: si può verificare sperimentalmente che si comporti in modo diverso dal "dado quantistico"?

La ringrazio per la domanda!
È davvero una bella domanda.
Ora sto andando a prendere una gedanken bier al mio pub relativistico preferito... se incontro Schrödinger gli giro la domanda.
(E se non lo trovo, nel frattempo ci penso).

p.s.:
Se quel "quasi" è "importante", chiedi pure cosa non ti è chiaro.

[Zaldo]

Wow, credo di aver capito (quasi) tutto.
Onestamente ho qualche dubbio sul dado normale: si può verificare sperimentalmente che si comporti in modo diverso dal "dado quantistico"?

Proviamo così: realizzo due scatole stile gatto (quindi in grado di nascondere ciò che capita all'interno), al posto del felino ci metto una moneta, nella prima scatola uso il meccanismo diabolico per scegliere testa o croce, nella seconda invece metto la moneta in rotazione e chiudo prima che scelga il lato.
Nel primo caso ho il gatto, mentre nel secondo ho solo la mia ignoranza, posso usare la notazione quantistica come pezza per la mia ignoranza o c'è un esperimento con cui vedo una differenza? Se posso, perché non dire che anche la seconda moneta è "davvero" mezza testa e mezza croce (perdona la notazione atroce) finché non apro la scatola? (ok, registro che pare assurdo a tutti, ma c'è anche un'evidenza sperimentale che non capiti la cosa "magica" di Schrodinger e il gatto non sia "davvero" in ambo gli stati finché non guardiamo, come l'elettrone?)


ps: cercato EPR, da una lettura veloce credo sia quello il paradosso che mi avevano annunciato, solo riportato a oggetti macroscopici (buste e fogli)

C'è differenza, eccome!
Il moto della moneta o di un dado è teoricamente prevedibile (mi calcolo velocità, inerzia, peso, forma, attriti, tavolo, ....) e ti posso dire il risultato. Ma in pratica ci sono tantissime variabili e quindi mi salvo in corner e "faccio finta" che sia probabilitstico, ma di fatto non lo è (pensa ai dadi truccati o alle monete che fanno uscire sempre testa!).
Invece il fenomeno quantistico dello spin del nucleo o del decadimento di un nucleo è INTRINSECAMENTE probabilistico e quindi non c'è verso di prevederlo. In pratica non esistono nuclei radioattivi "truccati".
Spero di essere stato chiaro

[Andrea_ws]

Inoltre la "moneta quantistica" da te ipotizzata nella seconda scatola, dovrebbe rimanere in rotazione per sempre! Se non viene compiuto un atto di misura, lo stato sarà sempre sovrapposizione di "testa" e "croce" (in realtà bisognerebbe specificare nel vuoto assoluto, in un sistema ideale, ... mentre in un sistema reale ci sono pareri discordanti, per la stessa teoria di cui parlava vaeVictis alla fine della sua spiegazione sul povero gattino)

[Zaldo]

Inoltre la MQ non è una pezza, anzi.
I risultati che ti da la quantistica sono davvero risicati. Non ti dice dove si trova una particella o in che stato si trova, ma solo la probabilità di trovarsi in quel posto o in quello stato.
Queste poche informazioni erano il motivo principale per cui a Schrodinger, Einstein e company la MQ non andava giù.

[vaeVictis]

@Zeldo

Mancava la parte:
Alcuni "interpretatori" dicono di NO, e quando metti in contatto il "marchingegno infernale" le proprietà quantistiche dello spin/nucleo radiattivo si trasferiscono al sistema "gatto" (e quindi diventa sia vivo che morto) e invece la misura consiste nell'aprire la scatola da parte dello scienziato.
Poi nella versione spin non è chiarissimo come funziona il "marchingegno infernale comprato al gedanken Shop di Vienna", nel senso non specifica cosa misura lo spin. Invece nell'altra versione abbiamo distinzione tra:
nucleo radioattivo - contatore Geiger - martelletto - fiala veleno
però sono sottigliezze, ma forse per i "profani" così è più semplice

Una possibile soluzione gioca proprio sul concetto di cosa sia una misura... e se questa sia identificabile anche con la semplice interazione tra un oggetto microscopico e uno macroscopico. Alcuni "interpretatori" dicono di sì, e che quindi quando metti a contatto l'elettrone (quantistico) con il marchingegno infernale comprato al gedanken Shop di Vienna, questa è effettivamente una misura... quindi la funzione d'onda dell'elettrone collassa e il gatto sarà O vivo O morto

Alcuni "interpretatori" dicono di sì, perché la domanda è

se questa [la misura] sia identificabile anche con la semplice interazione tra un oggetto microscopico e uno macroscopico

Se dicessero di NO, il paradosso sarebbe davvero un paradosso.
Riguardo la non chiarezza di come funzioni, invece, ti do ragione. Nel senso che in effetti è una "scatola nera" per come l'ho descritto. Però non è necessario sapere nello specifico il tipo di interazione e come avvenga. C'è interazione (nell'aria ).

Il moto della moneta o di un dado è teoricamente prevedibile (mi calcolo velocità, inerzia, peso, forma, attriti, tavolo, ....) e ti posso dire il risultato. Ma in pratica ci sono tantissime variabili e quindi mi salvo in corner e "faccio finta" che sia probabilitstico, ma di fatto non lo è (pensa ai dadi truccati o alle monete che fanno uscire sempre testa!).
Invece il fenomeno quantistico dello spin del nucleo o del decadimento di un nucleo è INTRINSECAMETE probabilistico e quindi non c'è verso di prevederlo.
Spero di essere stato chiaro

ALT!
Il moto della moneta o del dado non è prevedibile in modo classico. Assolutamente.
Una palla da biliardo, su un tavolo da biliardo, ha un moto "perfettamente" descrivibile con i modelli classici.
Già solo due palle (due palle sul serio ) non sono più descrivibili secondo modelli classici ma devi (se proprio ci tieni) ricorrere alla teoria del caos.
Lo stesso, se metti un magnete alla fine di una sbarra, vincoli la sbarra a metà della stessa, di modo che possa girare, e la fai ruotare in modo che l'estremo col magnete si trovi a passare in prossimità di un secondo magnete. Il moto è caotico.
Lo stesso, per moneta e dado. Non puoi assolutamente prevedere il moto di un dado o di una moneta classicamente.
... diciamo che sono sicuro più del 95%

Queste poche informazioni erano il motivo principale per cui a Schrodinger, Einstein e company la MQ non andava giù.

Nì

[Zaldo]

No no ti confondi. Il moto è prevedibilissimo, perchè è deterministico. Poi che sia MOLTO difficile da fare è un altro discorso.
Ecco l'incipit della Teoria del Caos Dalla wiki:
La teoria del caos è lo studio attraverso modelli della fisica matematica dei sistemi fisici che esibiscono una sensibilità esponenziale rispetto alle condizioni iniziali.[1] I sistemi di questo tipo sono governati da leggi deterministiche, eppure sono in grado di esibire una empirica casualità nell'evoluzione delle variabili dinamiche.[2] Questo comportamento casuale è solo apparente, dato che si manifesta nel momento in cui si confronta l'andamento temporale asintotico di due sistemi con configurazioni iniziali arbitrariamente simili tra loro.[1]

Queste poche informazioni erano il motivo principale per cui a Schrodinger, Einstein e company la MQ non andava giù.

Nì

Era abbastanza/molto riassuntivo---

[rockteo91]

No no ti confondi. Il moto è prevedibilissimo, perchè è deterministico. Poi che sia MOLTO difficile da fare è un altro discorso.
Ecco l'incipit della Teoria del Caos Dalla wiki:
La teoria del caos è lo studio attraverso modelli della fisica matematica dei sistemi fisici che esibiscono una sensibilità esponenziale rispetto alle condizioni iniziali.[1] I sistemi di questo tipo sono governati da leggi deterministiche, eppure sono in grado di esibire una empirica casualità nell'evoluzione delle variabili dinamiche.[2] Questo comportamento casuale è solo apparente, dato che si manifesta nel momento in cui si confronta l'andamento temporale asintotico di due sistemi con configurazioni iniziali arbitrariamente simili tra loro.[1]

Queste poche informazioni erano il motivo principale per cui a Schrodinger, Einstein e company la MQ non andava giù.

Nì

Era abbastanza/molto riassuntivo---

No ha ragione Vae. Il moto non è deterministico, non si è in grado di studiarlo deterministicamente. Riprendendo l'esempio di Vae sulle palle da biliardo, puoi prevederne le traiettorie, ma ci sono talmente tante variabili di cui tenere conto che dopo un numero finito di urti le palle si muovono in maniera del tutto diversa dal previsto. Se invece di due palle prendi una mole di gas classico e provi a studiare deterministicamente le traiettorie delle particelle bastano circa otto urti perché le tue previsioni siano del tutto sbagliate.

[Wilson]

Questo fatto dell'"intrinsecamente probabilistico" (salvo ci sia un esperimento per chiarire che l'elettrone lo è e il dado no) mi pare più un trucco per evitarsi il mal di testa che un fatto concreto.
Chi ci dice che la differenza non sia semplicemente nel fatto che noi riusciamo a misurare i dati del dado con un errore non determinante e quelli dell'elettrone no?

Probabilmente sono condizionato dal fatto che ho rinunciato da tempo a chiedermi come siano le cose "in realtà", perché mi pare di aver capito che sia una domanda mal posta, frutto di un modo di pensare utile a vivere, ma non a descrivere parti del mondo che i nostri sensi, da soli, neppure percepiscono.

ps: "arbitrariamente simili" va letto come in analisi? in quel caso, applicanto alla fisica, bisogna leggere "uguali": quale che sia lo strumento scelgo due configurazioni che diano la stessa misurazione, a quel punto il fatto che siano differenti è una pura congettura, che non può essere osservata per definizione.

[Zaldo]

Ti sei risposto da solo. Ci sono talmente tante variabili, tante ma non infinite. Il moto è prevedibile (teoricamente) ma quasi impossibile praticamente. Ragazzi questo è il realismo. Occhio a non confodere determinismo con soluzioni analitiche. Un sistema può essere deterministico, ma avere solo soluzioni numeriche.
@Wilson
Non è un trucco è proprio così. A parte la discussione sul fatto se un sistema caotico sia deterministico, comunque un sistema classico è teoricamente prevedibile (anche se in pratica insomma). Un sistema quantistico invece è già teoricamente imprevedibile e quindi anche praticamente.

[Wilson]

Ti sei risposto da solo. Ci sono talmente tante variabili, tante ma non infinite. Il moto è prevedibile (teoricamente) ma quasi impossibile praticamente. Ragazzi questo è il realismo. Occhio a non confodere determinismo con soluzioni analitiche. Un sistema può essere deterministico, ma avere solo soluzioni numeriche.

Non sono molto convinto:
* Ci sono soluzioni anche a problemi con variabili infinite, se non sbaglio
* Il moto è prevedibile teoricamente (ovvero: abbiamo formule che possiamo applicare), ma fuori dalla teoria c'è sempre un approssimazione, sia nella misura iniziale che in quella finale (al punto che non sappiamo se le formule siano aderenti alla realtà o approssimate).
* Sappiamo che oltre una certa precisione nella misura non possiamo andare per motivi "intrinseci" (quali che siano): esistono infiniti stati di un dado in cui la previsione della faccia risultante necessita di una misurazione impossibile.

[Zaldo]

Non so come dirvelo ragazzi, ecco la wiki inglese sulòa Chaos Theory:
This happens even though these systems are deterministic, meaning that their future behavior is fully determined by their initial conditions, with no random elements involved.[2] In other words, the deterministic nature of these systems does not make them predictable.[3][4] This behavior is known as deterministic chaos, or simply chaos.

Non sono molto convinto:
* Ci sono soluzioni anche a problemi con variabili infinite, se non sbaglio

Really? A parte i casi banali in cui tutte sono pari a zero.

* Il moto è prevedibile teoricamente (ovvero: abbiamo formule che possiamo applicare), ma fuori dalla teoria c'è sempre un approssimazione, sia nella misura iniziale che in quella finale (al punto che non sappiamo se le formule siano aderenti alla realtà o approssimate).
* Sappiamo che oltre una certa precisione nella misura non possiamo andare per motivi "intrinseci" (quali che siano): esistono infiniti stati di un dado in cui la previsione della faccia risultante necessita di una misurazione impossibile.

In fisica classica anche l'errore è prevedibile o meglio può essere calcolato il suo effetto sul sistema in modo deterministico.

[rockteo91]

Ti sei risposto da solo. Ci sono talmente tante variabili, tante ma non infinite. Il moto è prevedibile (teoricamente) ma quasi impossibile praticamente. Ragazzi questo è il realismo. Occhio a non confodere determinismo con soluzioni analitiche. Un sistema può essere deterministico, ma avere solo soluzioni numeriche.
@Wilson
Non è un trucco è proprio così. A parte la discussione sul fatto se un sistema caotico sia deterministico, comunque un sistema classico è teoricamente prevedibile (anche se in pratica insomma). Un sistema quantistico invece è già teoricamente imprevedibile e quindi anche praticamente.

beh che te ne fai di averlo previsto teoricamente se la tua teoria risulta sbagliata nella pratica? Il tuo sistema "deterministico" lo devi trattare probabilisticamente per ottenere soluzioni esatte. La meccanica statistica è nata proprio per trattare questi sistemi, dove la meccanica classica fallisce.

[Wilson]

In fisica classica anche l'errore è prevedibile o meglio può essere calcolato il suo effetto sul sistema in modo deterministico.

Si, appunto, e in alcuni casi gli effetti sono "non so su che faccia ricada la moneta, perché l'errore di misura è superiore al necessario".
Non sembra difficile immaginare configurazioni in cui il lato di caduta può essere determinato solo con misurazioni di precisione impossibile (che poi immagino siano i casi in cui i fenomeni quantistici diventino visibili a livello macroscopico, come con l'aggeggio del gatto)

ps: la teoria del caos però non c'entra davvero: quella è per gestire fenomeni che sarebbero deterministici, ma sono troppo complessi. Qui invece si parlava di sistemi il cui stato iniziale non è conoscibile con precisione arbitraria (che poi sono tutti) o comunque con precisione sufficiente a fare previsioni macroscopicamente misurabili (tipo: quale faccia)

[Wilson]

Aggiungo: il mio punto dovrebbe essere (se non mi sono confuso nel frattempo):

Ci sono due tipi di fenomeni il cui stato è ignoto: quelli che sappiamo di non poter osservare con precisione (per il principio di indeterminazione, per esempio) e quelli che non abbiamo osservato perché eravamo distratti o perché non abbiamo ancora gli strumenti giusti. Possiamo trattare entrambi i casi con gli stessi strumenti cognitivi (ad esempio il linguaggio probabilistico della MQ) o si comportano in modo misurabilmente diverso e richiedono notazioni diverse?

Perché non posso dire che la moneta è al 50% testa e al 50% croce finché non tolgo il bicchiere e faccio collassare la forma d'onda (o giù di li)? Solo perché la mia intuizione mi toglie il saluto e medita vendetta o c'è un esperimento che rende quella notazione fuorviante?

[derma]

Ammetto, non lessi tutto quello che è stato scritto nelle due pagine precedenti, tranne qualche passaggio "qua e qui"... in ogni caso, non comprendo, anche considerando formule e "anti-bignami" vari, perché si sia "insinuata" la religione in una discussione riguardante la scienza... ma anche vi fosse un motivo, o meglio un "pretesto" per metterla "in discussione", non comprendo davvero perché distinguerle secondo un criterio scientifico (...ma non solo)... la religione tenta di spiegare, talvolta riuscendovi giacché soddisfa chi (ad essa) "crede", ciò che la scienza ancora (...e forse mai, per certe "cose"/versi) non riesce a chiarire sulla base delle conoscenze acquisite tramite "strumenti" sulla base delle leggi formulate e derivanti dalle "scoperte" che essa accumula (...in soldoni, dato che ha bisogno di fondi affinché non affondi, la scienza spiega come vanno le cose sulla base di ciò che ha capito affidandosi a dei mezzi costruiti secondo le conoscenze acquisite... proprio in soldoni non è, però...!)... la religione non ha strumenti se non quelli che ognuno ha in dote dalla nascita e a quelli si "affida"... (io) penso non si debba stabilire chi delle due sia sbagliata o quale delle due abbia "ragione"... sono due modi differenti per raggiungere, o meglio che tentano di raggiungere la medesima meta, ovvero spiegare... non reputo siano in contrasto, entrambe portano a credere, la religione a ciò che non è possibile percepire "sensibilmente", la religione a ciò che è possibile percepire "sensorialmente"... due facce della medesima moneta (...lo so, è una figura retorica abbastanza trita, però rende l'idea), che non possono apparentemente incontrarsi ma che non possono elidersi, pena non tanto la perdita di "valore" della moneta ma la sua "esistenza"... il "bello" (av)verrà se lanciando tale moneta essa at-terra di "taglio", in perfetto "equilibrio".



P.S.: Pappardella per pappardella, eh!

[crx]

Aggiungo: il mio punto dovrebbe essere (se non mi sono confuso nel frattempo):

Ci sono due tipi di fenomeni il cui stato è ignoto: quelli che sappiamo di non poter osservare con precisione (per il principio di indeterminazione, per esempio) e quelli che non abbiamo osservato perché eravamo distratti o perché non abbiamo ancora gli strumenti giusti. Possiamo trattare entrambi i casi con gli stessi strumenti cognitivi (ad esempio il linguaggio probabilistico della MQ) o si comportano in modo misurabilmente diverso e richiedono notazioni diverse?

Perché non posso dire che la moneta è al 50% testa e al 50% croce finché non tolgo il bicchiere e faccio collassare la forma d'onda (o giù di li)? Solo perché la mia intuizione mi toglie il saluto e medita vendetta o c'è un esperimento che rende quella notazione fuorviante?

La domanda, secondo me, va divisa in due parti:
1) La "probabilità" insita nella meccanica quantistica è solo questione di ignoranza o il mondo è fatto proprio così?
2) La "probabilità" insita nei giochi tradizionali, macroscopici (dadi, roulette, monete, ecc) è questione di ignoranza o è descrivibile con gli strumenti della meccanica quantistica?

La risposta alla 2 dovrebbe essere semplice: utilizzare gli strumenti della meccanica tradizionale, della relatività o della teoria del caos è indifferente: in ogni caso, avendo a disposizione le informazioni sufficienti, posso determinare teoricamente con estrema esattezza dove finirà la palla da biliardo o la moneta (uno dei problemi da cui parte la teoria del caos è proprio che, in pratica, non possiamo avere a disposizione tutte le informazioni, ma in teoria potremmo averle: è quello che si fa nei corsi di fisica 1, quando si gioca con piani inclinati e sfere perfette in assenza di attrito e di resistenza dell'aria).

La risposta alla 1 è un po' più complicata, ma è sempre un si. Un esperimento chiaro è quello di Young (quello dell'interferenza, per capirsi).
Se sono aperte due fenditure, si può determinare probabilisticamente dove andrà la particella, e ci sono punti dove sarà più probabile trovarla e punti dove sarà impossibile trovarla. Ma questo funziona se e solo se non effettuiamo nessun tipo di misura. Chiudendo una fenditura o misurando il passaggio delle particelle annulla l'interferenza. Questo comporta che se l'esperimento è condotto "per bene", la funzione d'onda collassa una volta raggiunto lo schermo finale, producendo un certo risultato. Se effettuiamo la misura, la funzione d'onda collassa prima, producendo un risultato completamente diverso. Tutto questo è interpretabile solo attraverso la spiegazione della meccanica quantistica (sovrapposizione lineare di stati, collasso, eccetera), in nessun modo nei termini della meccanica classica.

Da queste due consegue, per completare la risposta alla seconda domanda, che ai fenomeni macroscopici non sono assolutamente applicabili le regole della meccanica quantistica: il dado ha veramente una sola faccia rivolta verso l'alto.

Spero di non essermi espresso troppo da cani...

[Wilson]

Ecco la differenza sperimentale!
Se misuro in momenti diversi il passaggio dalle fessure ottengo distribuzioni diverse, invece il dado mi da le stesse distribuzioni di risultati se lo guardo mentre rotola o se lo guardo solo quando si è già fermato.

Grazie

ps: quindi posso anche usare la notazione quantistica, ma so che la forma d'onda, nei fenomeni macroscopici, collassa sempre alla prima occasione e a questo punto diventa solo un modo inutilmente complesso di scrivere le cose.
pps: questo implica che la soluzione del paradosso del gatto che da allo strumento lo status di "osservatore" (e la capacità di causare il collasso) è "corretta" e il fato del gatto è deciso ben prima dell'apertura della scatola, come la faccia della moneta lasciata a roteare e ormai ferma.

[derma]

...

Da queste due consegue, per completare la risposta alla seconda domanda, che ai fenomeni macroscopici non sono assolutamente applicabili le regole della meccanica quantistica: il dado ha veramente una sola faccia rivolta verso l'alto.

Spero di non essermi espresso troppo da cani...

Se scrivi così, non dico che ti esprimi da "cani" giacché la luce dei miei occhi quadrupede potrebbe offendersi ma che commetti un "errore" concettuale/basilare.

[derma]

...

ps: quindi posso anche usare la notazione quantistica, ma so che la forma d'onda, nei fenomeni macroscopici, collassa sempre alla prima occasione e a questo punto diventa solo un modo inutilmente complesso di scrivere le cose.

...

Non scindere il microscopico dal macroscopico poiché le due "realtà" sono "uguali"/legate... non esisterebbe una senza l'altra... il macroscopico "funziona" diversamente perché noi riusciamo a vedere (...diversamente) essendo nati strutturati per esso, ma "intimamente" non ha una valenza differente da quello che riusciamo (...a malapena, assai a malapena!) a vedere del microscopico "mondo"... pensare che vi siano due insiemi di leggi che "governano" due "mondi" separati è sì un volere complicare le cose... dividere le dinamiche che interessano tutto quanto sta al disotto della crosta terrestre da quanto sta al di sopra del mantello è uno stupido nascondere la polvere sotto il tappeto... nell'immediato e provvisoriamente torna utile ma non fa capire appieno ciò che accade nello spazio che occupiamo.