Cos’è la Filosofia della Fisica? Consigli di Lettura

La filosofia della fisica è una branca della filosofia della scienza che si occupa dello statuto e della natura delle leggi fisiche. Studia gli aspetti filosofici – siano essi ontologici, metafisici, logici, epistemologici – delle teorie fisiche prestando particolare attenzione ad alcuni concetti: materia, forza, tempo, spazio, campo, energia, sistema, probabilità, causalità, determinismo, indeterminismo, etc..

Il libro più recente che ho letto si intitola Che cos’è un oggetto ed è stato scritto da Matteo Morganti. Si tratta di una presentazione delle principali posizioni sull’ontologia degli oggetti materiali e sulla loro struttura interna. Ribadita la necessità ed utilità della metafisica intesa come studio di ciò che è possibile, l’autore la pone in stretta sinergia con la scienza. Infatti, è proprio la fisica a costituire un campo di verifica imprescindibile per le ipotesi metafisiche. Si parla della teoria dei sostrati, delle sostanze, dei fasci di proprietà e dei tropi: un viaggio nell’universo degli oggetti materiali (ben recensito qui). Continua a leggere

Bufale all’orizzonte: l’anima e la coscienza quantistica

Un argomento “tipo” di fronte al quale inorridire. Coscienza e immortalità dell’anima. Hai dubbi? Sei out amico mio, arriva la Meccanica Quantistica (MQ) a spiegarti tutto, a dirti che l’anima è un po’ come …. un elettrone, sì un elettrone che è ovunque e in nessun luogo ed è per questo, in linea di principio, immortale. Con la morte le informazioni quantistiche che formano l’anima non vengono distrutte, ma lasciano il sistema nervoso per tornare ad abbracciare l’universo intero! Sì, ok, ci sarebbe il paradosso dell’informazione nei buchi neri formulato da Stephen W. Hawking e, dunque, se l’informazione della mia anima immortale finisse nelle fauci di un gigante nero e questo dovesse poi evaporare potrebbe distruggerla, ma sì anche questa è un’inezia e gli scienziati, si sa, mica hanno sempre ragione, mica hanno solide certezze. Il più delle volte hanno solo opinioni!

Rappresentazione artistica di un buco nero supermassiccio che assorbe materia da una stella vicina. In basso: immagini che si pensa mostrino un buco nero supermassiccio che divora una stella nella galassia RXJ 1242-11. A sinistra: immagine ai raggi X. A destra: immagine ottica. Immagine di pubblico dominio [https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ARxj1242_comp.jpg]

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Zenone nel Paese dei Quanti (video)

Zenone di Elea è il padre dei paradossi contro il movimento e la molteplicità. Che significato hanno sul piano della storia della scienza? Facciamo insieme un percorso che ci porterà dall’Essere parmenideo alla Meccanica Quantistica. Come vedrete, consiglio il libro di Vincenzo Fano sui paradossi zenoniani. Per quanto concerne il “difetto” cui accenno nel video, esso trova una buona espressione nelle parole di Morganti:
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Tempo Geometrico e Tempo Creativo: una nota introduttiva

A fine gennaio è stato depositato su Arxiv.org un interessante articolo di Nicolas Gisin intitolato Time Really Passes, Science Can’t Deny That. Scrive l’autore nell’abstract: “Today’s science provides quite a lean picture of time as a mere geometric evolution parameter. I argue that time is much richer. In particular, I argue that besides the geometric time, there is creative time, when objective chance events happen. The existence of the latter follows straight from the existence of free-will. Following the french philosopher Lequyer, I argue that free-will is a prerequisite for the possibility to have rational argumentations, hence can’t be denied. Consequently, science can’t deny the existence of creative time and thus that time really passes”. I temi affrontati sono numerosi: dal tempo gemetrico alla percezione soggettiva del tempo da parte degli agenti razionali e, dunque, all’annosa questione concernente la volontà (e il libero arbitrio). Continua a leggere

Coerenza ed entanglement: due facce della stessa medaglia

Coerenza quantistica ed entanglement sono fenomeni funzionalmente equivalenti ma (ancora) concettualmente distinti. A dimostrarlo è un recente studio comparso sulla rivista Physical Review Letters. Sappiamo che entrambi dipendono dalla sovrapposizione quantistica che consente ad un sistema di trovarsi in due stati differenti nello stesso istante t (come se dicessimo che un gatto è sia vivo che morto). La sovrapposizione quantistica è infatti una proprietà unica delle particelle: un fotone può esistere in due stati differenti (polarizzazione verticale e orizzontale, ad esempio). Questo significa che invece di spedire segnali in codice digitale, cioè 0 e 1, la comunicazione quantistica può spedire informazioni in stati di sovrapposizione che rappresentano sia 0 che 1 allo stesso tempo. Ricordo cosa si intende per coerenza ed entanglement.

Lo studio degli stati coerenti costituisce uno dei più grandi problemi che i fisici si sono trovati ad affrontare in seguito allo sviluppo della meccanica quantistica. La nozione di stato coerente era inizialmente legata ad un ambito strettamente meccanico, cioè allo studio dell’oscillatore armonico e di altri sistemi dinamici. La loro introduzione a livello concettuale risale infatti ad un articolo pubblicato nel 1926, in cui Schrödinger riporta l’esistenza di una classe di stati dell’oscillatore armonico che mostrano, in certo qual modo, un comportamento analogo a quello di un oscillatore classico: per tali stati si verifica che l’energia media corrisponde al valore classico e le medie di posizione e impulso hanno forme oscillatorie in relazione di fase costante.

Gli stati quasi classici individuati da Schrödinger presentano, oltre alle caratteristiche già citate, un importante aspetto: essendo rappresentati da pacchetti d’onda gaussiani che non cambiano forma nel tempo, garantiscono la minimizzazione del prodotto tra le incertezze sulla posizione e sull’impulso, cioè la condizione più vicina alla possibilità di misurare contemporaneamente le suddette grandezze con precisione arbitraria, consentita dalla fisica classica. Una volta isolate funzioni d’onda di questo genere per un oscillatore armonico, l’obiettivo di Schrödinger era la ricerca di stati simili per altri sistemi dinamici, primo tra tutti l’atomo d’idrogeno (tentativo non andato a buon fine).

(foto: Corbis Images)

Crediti: Corbis Images.

L’entanglement è un fenomeno, privo di analogo classico, che si verifica a livello quantistico, che coinvolge due o più particelle generate da uno stesso processo o che si siano trovate in interazione reciproca per un certo periodo. Queste particelle restano intrecciate (entangled) e legate indissolubilmente, nel senso che, indipendentemente dalla distanza che le separa, quello che accade a una di esse si ripercuote immediatamente sull’altra. L’evidenza di questo fenomeno ci costringe a rivedere profondamente non solo la logica classica ma anche altre strutture concettuali – in primis quelle di causalità, determinismo e realismo – che contribuiscono a forgiare la nostra visione e comprensione del mondo.

Veniamo alla ricerca in corso di pubblicazione. Un gruppo di ricercatori guidato da Gerardo Adesso, professore associato all’università di Nottingham, ha dimostrato che coerenza ed entanglement sono quantitativamente (o, meglio, operativamente) equivalenti ma non identici: “per esempio, la coerenza può essere presente in sistemi quantistici singoli, dove l’entanglement non è ben definito. Inoltre, la coerenza è definita rispetto ad un ambiente dato, mentre l’entanglement è invariante per cambiamenti su base locale. Per questi motivi riteniamo che la coerenza e l’entanglement siano operativamente equivalenti ma concettualmente diversi”, hanno spiegato i coautori della ricerca Uttam Singh, Himadri Dhar e Manabendra Bera.

Come si legge nell’abstract dell’articolo, la coerenza quantistica è un ingrediente essenziale per l’elaborazione dell’informazione quantistica e svolge un ruolo centrale in settori emergenti come la termodinamica su  nanoscala e la biologia quantistica. Tuttavia, la nostra comprensione e la caratterizzazione quantitativa della coerenza come risorsa operativa sono ancora molto limitate. Un primo passo viene fatto proprio in questa ricerca, in quanto si propone la conversione di qualsiasi livello di coerenza in uno stato incoerente di entanglement.

Oggi gli stati coerenti trovano ampio utilizzo nello studio delle proprietà della statistica dei fotoni nei campi elettromagnetici; anche nell’ambito dell’elettrodinamica quantistica è possibile ricorrere ad una descrizione della radiazione in termini di stati coerenti per stabilire una corrispondenza tra i campi classici e i campi quantizzati; se gli oscillatori equivalenti al campo elettromagnetico sono in uno stato coerente, i valori attesi del campo elettrico e del campo magnetico si evolvono come i corrispondenti valori classici: ciò rende possibile introdurre un concetto di coerenza della radiazione anche in ambito quantistico. Se, poi, si affianca a tutto ciò l’importanza degli stati entangled è evidente che ricerche simili saranno molto importanti per lo sviluppo della crittografia e della comunicazione quantistica.

Paper: Alexander Streltsov, et al. Measuring Quantum Coherence with Entanglement, in Physical Review Letters. (in corso di pubblicazione) Disponibile su  arXiv:1502.05876 [quant-ph]

Fonte: http://phys.org/news/2015-06-physicists-quantum-coherence-entanglement-sides.html

Putnam, Bohm e l’ontologia della meccanica quantistica

Quantum Mechanics and Ontology è un articolo di Hilary Putnam contenuto nel volume Analysis and Interpretation in the Exact Sciences edito da Springer. Vi si analizzano vari temi, tra cui la difficoltà di applicare le ricette analitiche tradizionali per chiarire la struttura ontologica della Meccanica Quantistica (MQ).  I motivi di queste criticità sembrano concentrarsi sul concetto di esseribile locale (local beable) introdotto da John Bell. Contrapporre esseribile ad osservabile significa contrapporre la metafisica alla fisica, tenere distinti due ambiti rendendo impossibile affrontare il problema dei fondamenti e le insidie del realismo? Non necessariamente. Gran parte dei problemi connessi con lo statuto ontologico della MQ derivano da una paura della metafisica, un “male” che ha afflitto – e affligge ancora – parte della storia della filosofia moderna. Per fortuna Einstein non era di questo avviso.

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