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FISICA DELLA COSCIENZA
MQ 07. «Collasso della Funzione d'Onda»

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Si parla di collasso della funzione d'onda quando l'insieme di tutti gli stati possibili da essa descritti (i cosiddetti "autostati") si riducono drasticamente e istantaneamente ad uno solo. Se ad es. stiamo studiando la posizione di  un elettrone, il collasso della funzione d'onda rappresenta il passaggio dalla "superposizione" (dove l'elettrone occupa probabilisticamente molteplici posizioni) all'unica posizione dove l'abbiamo trovato all'atto dell'osservazione/misura.



La funzione d'onda descrive la probabilità di trovare il quanto nella sua forma corpuscolare


I quesiti che si pongono immediatamente sono: che cosa determina il collasso? Perché un ampio insieme di valori ad un certo punto si riduce ad un solo, unico valore? E come viene scelto questo valore? Questi quesiti sono, in parte, ancora aperti...

John von Neumann ipotizzò che a far collassare la funzione d'onda sarebbe stata l'interferenza di un altro sistema; in pratica se cerco di misurare una quantità di un sistema (ad es. la sua velocità), faccio collassare la sua funzione d'onda e, pertanto, leggo un unico valore per quella quantità, che prima era semplicemente una delle tante in sovrapposizione. Il mio atto di osservare causa la "scelta" di quel particolare valore della velocità fra tutti quelli possibili. La posizione di Von Neumann suggerisce quindi, almeno implicitamente, che il collasso sia un atto dipendente dal soggetto.

 



L'ipotesi della coscienza come causa del collasso della funzione d'onda

 

Per Eugene Wigner (premio Nobel per la fisica nel 1963) la coscienza è proprio il fenomeno non lineare che determina il collasso della funzione d'onda. Da questo punto di vista si potrebbe affermare che l'atto di osservare compiuto da esseri coscienti è in grado di trasformare una "probabilità di esistenza" in un'esistenza vera e propria. Non avrebbe più senso parlare di una realtà oggettiva, staccata ed indipendente dall'osservatore, ma esisterebbe solo una realtà soggettiva.


Il concetto del collasso della funzione d'onda è diventato uno dei più noti e rappresentativi nell'aspetto divulgativo della meccanica quantistica, è bene però sapere che esistono molte interpretazioni della meccanica quantistica e non tutte implicano l'esistenza del collasso della funzione d'onda (caratteristico, invece, dell'Interpretazione di Copenaghen). La meccanica quantistica, infatti, ha il supporto di una valida teoria matematica e  di un'ampia verifica sperimentale, ma ciò su cui i fisici non sono affatto concordi è l'interpretazione della teoria stessa (in pratica a quale visione della realtà corrispondano i dati sperimentali verificati).

 

Alcune interpretazioni senza collasso

 

L'ipotesi avanzata da Hugh Everett III nel 1957, detta Teoria a Molti Mondi, nega del tutto il collasso della funzione d'onda! Everett suggerisce che per ogni possibile soluzione dell'equazione abbiamo la manifestazione di una realtà diversa in universi paralleli. In questa ipotesi non esiste nemmeno più un'onda di probabilità per la particella: essa, infatti, si trova in diversi luoghi contemporaneamente e questi luoghi non sono altro che universi differenti.

Esiste poi la teoria secondo cui il collasso della funzione d'onda può essere visto come il risultato della decoerenza quantistica. In pratica non avverrebbe un drastico crollo di tutti gli stati in un unico autostato misurabile, piuttosto ci sarebbe una perdita progressiva di coerenza del sistema (indispensabile perché tutti gli stati coesistano) dovuta all'interazione con l'ambiente. La decoerenza avverrebbe in modo molto veloce, in un intervallo di tempo di 10-27 secondi e per questo avrebbe l'apparenza di un collasso improvviso.

Questa teoria nasce per spiegare come mai a livello atomico è valida la meccanica quantistica, con i suoi paradossi, mentre a livello macroscopico è valida la meccanica classica. Nell'esperimento mentale di Schrödinger (che vedremo) un gatto è potenzialmente sia vivo sia morto, ma nell'esperienza di tutti i giorni i gatti possono solo essere o vivi o morti!
Secondo la teoria della decoerenza quantistica, la differenza tra sistemi microscopici e macroscopici sta nel fatto i primi sono sistemi isolati e possono mantenere, più o meno a lungo, la coerenza; i secondi, invece, interagiscono con l'ambiente circostante e diventa impossibile osservare visibilmente una qualsiasi sovrapposizione di stati distinti.


Ricapitolando...
La funzione d'onda della Meccanica Quantistica descrive una molteplicità di stati, tutti possibili anche se con maggiore o minore probabilità, che "svaniscono" al momento dell'osservazione collassando in un unico autostato. Alcune interpretazioni della MQ non prevedono questo collasso, altre però ascrivono la causa del collasso alla coscienza dell'osservatore, facendo intervenire - per la prima volta - una dimensione di soggettività nell'ambito della fisica.

 

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