Guardiamo questa immagine che è stata creata da un fascio di fotoni nell’esperimento di diffrazione.
Possiamo ragionevolmente pensare al singolo fotone come a una distribuzione di probabilità, ovvero una nuvola dai contorni sfumati.
La figura di interferenza che si vede negli esperimenti ci può dare qualche suggerimento sulla interazione tra i fotoni e la fenditura.
Se i fotoni fossero semplici palline passerebbero nella fenditura oppure colpirebbero il metallo e rimbalzerebbero indietro, per cui una fenditura avrebbe il solo effetto di stringere il fascio.
Ma il fotone segue regole probabilistiche simili a quelle che seguirebbe una palla dai contorni sfumati (nuvola di probabilità). Si possono quindi immaginare (senza nessuna pretesa che questo sia il reale funzionamento a livello microscopico) alcuni comportamenti simili ai comportamenti classici di rifrazione, spremitura, deformazione e rimbalzo, che una pallina gomma-piumosa (dai contorni sfumati) potrebbe seguire quando sparata ad alta velocita attraverso una fenditura.
Possiamo quindi verificare che semplici modelli basati su rimbalzi multipli e deformazioni elastiche (modelli probabilistici di rifrazione) potrebbero facilmente causare una distribuzione di probabilità delle direzioni di uscita del fotone esattamente uguale a quello che vediamo nella figura di interferenza. Entrando più nel dettaglio i calcoli possono evidenziare direzioni preferenziali (attorno alle quali si creano i punti luminosi) e cuspidi che costringono il fotone a deviare su uno dei due lati e che quindi generano le zone buie (con probabilità zero o molto bassa) .
Non stiamo cercando di resuscitare le teorie delle variabili nascoste
che sono ormai seppellite oltre ogni ragionevole dubbio.
Conosciamo le diseguaglianze di Bell e non intendiamo confutarle.
Ma pur conservando la totale libertà di scelta per le particelle subatomiche
sono ugualmente possibili diverse “semplificazioni” ad uso di noi umani.
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Nella nostra interpretazione la creatività stocastica rimane invariata,
ma suggeriamo di spostarla un poco più indietro, dove il fotone nasce,
a causa della inversione di popolazione negli strati quantistici,
cioè dentro al laser.
La zona di creazione dei fotoni, dove i fotoni nascono dal nulla,
appare come il punto più appropriato dove collocare la creatività quantistica.
Questo spostamento colloca tutta la creatività in una singolarità
e quindi semplifica la nostra visione di quello che accade
nella zona che sta tra la creazione (laser), la fenditura e lo schermo.
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Sempre tenendo presente che questi sono solo punti di vista limitati dalle possibilità del nostro linguaggio, utile per capirci tra umani, ma validi solo per descrivere comportamenti macroscopici e non meccanismi quantistici. Possiamo quindi trasformare la seguente immagine, che descrive una creatività diffusa:
Nella seguente immagine che descrive una creatività concentrata nei punti di creazione dei fotoni:
In quest’ultima immagine vediamo i fotoni dai contorni sfumati (nuvole di probabilità) che escono dal LASER con posizioni e direzioni leggermente diverse.
Queste piccole variazioni sono state “scelte” dai fotoni stessi nel momento della loro creazione e sono totalmente non deterministiche.
Da questo punto in poi le piccole differenze di traiettoria possono spiegare le figure di interferenza, con meccanismi probabilistici simili a quelli della realtà classica, senza quindi la necessità di ipotizzare “stramberie quantistiche” lungo il percorso che va dal LASER allo schermo.
Oltretutto seguendo questa spiegazione non abbiamo più bisogno di immaginare una funzione d’onda che collassa quando la si osserva. Le scelte casuali dei singoli fotoni avvengono anche se non le osserva nessuno e questo è facilmente dimostrabile con l’esperimento “Accumulazione dei fotoni” che potete trovare nella parte finale di questa pagina dedicata agli esperimenti.
Ma in realtà non è bene addentrarci in queste “spiegazioni”, non tanto per impossibilità di immaginarle ma perché i nostri concetti e le nostre parole sono validi solo per descrivere comportamenti collettivi e regole statistiche che si verificano nel mondo macroscopico.
In effetti potremmo immaginare di tutto, ad esempio l’espandersi in tutto l’universo di una funzione d’onda che poi collassa in un punto, ma questa è solo una delle tante possibili ipotesi di funzionamento dei fotoni (e delle altre particelle subatomiche).
Quindi sarebbe meglio evitare totalmente queste “spiegazioni” e renderci conto che il funzionamento quantistico delle particelle non è descrivibile con le parole e i concetti sviluppati da noi per il nostro mondo macroscopico.
Le uniche cose che possiamo dire sono i risultati dalle osservazioni, cioè ad esempio che un fotone nasce dentro al laser e che, dopo qualche centinaia di picosecondi, si trasforma in una carica elettrica in un certo punto del rivelatore CMOS di una telecamera. E possiamo anche dire che un gran numero di particelle si comporta statisticamente in determinati modi, seguendo la legge dei grandi numeri.
Per cui chiedersi cosa fa un singolo fotone in quei picosecondi, come interagisce con gli oggetti e perché fa queste cose sono domande sbagliate. La risposta corretta non è di cercare di descrivere le sue operazioni con fantomatici collassi della funzione d’onda, ma semplicemente renderci conto che non sono meccanismi descrivibili con il nostro linguaggio e i nostri concetti macroscopici.
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Secondo i nostri calcoli, questa visione può convivere con gli esperimenti basati sulle diseguaglianze di Bell, ma per esserne sicuri attendiamo la approvazione del prof. Anselmi
(ed eventualmente correggeremo questa pagina).
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Concludendo, quelle che definiamo “immutabili leggi della natura” sono valide solo per la nostra dimensione. Ma a dimensioni subatomiche, velocità molto grandi o masse infinite (come nelle singolarità dei buchi neri), tutte i concetti su cui basiamo i nostri pensieri perdono di consistenza. Il tempo non scorre più nel modo che immaginiamo, non si può più definire quale evento preceda l’altro e ancor meno definire che un evento sia la “causa” di un altro.
In un nostro paragrafo sulla programmazione non deterministica c’è questa frase:
“Non stiamo trattando con le immutabili leggi della natura
ma solo coi rami dei nostri alberi
e con la nostra limitata capacità mentale da scimmie appena un po’ evolute.
Ed è solo la nostra smisurata immodestia a farci credere di essere qualcosa di più
di un puntino tra due eternità che si chiamano prima e dopo.”