"Einstein's Unfinished Revolution" di Lee Smolin
(Immagine: © Penguin Press)
La meccanica quantistica è scienza consolidata. Caso chiuso, e grazie mille - o così tanti discuterebbero.
Grazie al lavoro pionieristico degli anni '20, molte persone credono che ora sappiamo tutto ciò che avremo mai bisogno di sapere sul movimento su scala atomica o subatomica. Secondo il fisico danese Niels Bohr e i suoi seguaci, possiamo affermare la posizione esatta di una particella atomica o la sua traiettoria, ma non possiamo fare entrambe le cose contemporaneamente. Questo tipo di previsione può essere solo probabilistico, mai assolutamente esatto.
Il fisico teorico Lee Smolin, del Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, in Canada, ha trascorso tutta la sua carriera sfidando questo punto di vista. Smolin crede che il trionfo di Bohr sia un esempio di carisma che soffoca il legittimo dissenso, anche da parte di illustri dissidenti come Albert Einstein ed Erwin Schrödinger.
Oggi Smolin, seguendo le orme di Albert Einstein e continuando una lunga tradizione che include altri fisici tra cui David Bohm, cerca una teoria per "completare" la fisica quantistica consentendo descrizioni esatte e probabilità non confuse. Smolin ha una prospettiva "realistica", in contrapposizione alla visione "anti-realistica" di Bohr e dei suoi accoliti. Smolin espone la sua prospettiva in "La rivoluzione incompiuta di Einstein"(Penguin Press, aprile 2019). Space.com ha incontrato Smolin per discutere del libro, in che modo le nuove idee diventano dominanti nella scienza e ciò che sta facendo adesso.
Space.com: qual è la differenza tra approcci realistici e anti-realistici meccanica quantistica?
Lee Smolin: Per me, la differenza tra qualcuno che è un realista sui fenomeni quantistici rispetto a qualcuno che non è un realista è, come realista, che credi che ci sia una storia completa, e che ci sia una descrizione completa, che possiamo ottenere da qualsiasi processo atomico, di qualsiasi processo nucleare, di qualsiasi cosa accada nel mondo subatomico. La meccanica quantistica non fornisce una descrizione così completa di ogni singolo processo individualmente, quindi non può essere completa. Dobbiamo trovare una teoria più profonda al di là di essa. La meccanica quantistica è un passo verso la comprensione di fisica subatomica, ma non è il passaggio finale. Quindi il lavoro è approfondire e inventare o scoprire una teoria migliore che dia una descrizione completa.
Se sei quello che chiamiamo un anti-realista, allora pensi che la meccanica quantistica come è stata scritta negli anni '20 sia probabilmente la teoria finale, e non c'è motivazione per guardare più in profondità.
Space.com: Ti riferisci alle persone che stanno cercando il completamento della teoria quantistica come "realisti ingenui" perché le loro opinioni non hanno bisogno di giustificazioni contorte. Puoi approfondire questo termine?
Smolin: Ingenuo significa davvero sofisticato. Ingenuo significa che hai sentito tutte le obiezioni di base all'idea che possiamo dare una descrizione completa del mondo così com'è e respingerli e considerarlo come il nostro obiettivo di comprendere completamente la natura e come se non fossimo qui. La scienza è una descrizione della natura che dovrebbe essere oggettiva, non imposta dai nostri esperimenti o dalle nostre idee o credenze.
Space.com: "ingenuo" significa essere completamente aperti a nuove idee e credenze?
Smolin: Completamente aperto? No. La gente dimentica che la fisica, come ogni scienza, ha una storia e una tradizione. Prendi una semplice idea come lo slancio, che dovrebbe essere compreso nel contesto di tutta la discussione dal 16 ° e 17 ° secolo sul principio di inerzia, il principio di relatività e così via. Non puoi spiegare un concetto come lo slancio senza essere immerso nell'intera storia del concetto.
Space.com: il tuo libro è chiaro e lucido ed è comprensibile per persone con diversi livelli di conoscenza di base. Qual è il tuo processo di scrittura?
Smolin: Perché grazie! Lo prendo come un complimento. Ho molta esperienza e molta pratica nell'insegnamento della fisica moderna ai non scienziati. In diverse università, ho insegnato frequentemente corsi di "fisica per le discipline umanistiche" o "fisica per i poeti". Quindi ho molta esperienza nell'affinare diverse strategie pedagogiche da usare nell'insegnamento della fisica quantistica o della relatività ai laici.
Un libro come questo ha più spettatori contemporaneamente. Mi rivolgo a esperti e colleghi, ma principalmente mi rivolgo ai laici. E il primo laico che conta è l'editore. Insisto sempre a lavorare con un editore che abbia una laurea in lettere, discipline umanistiche o storia, non una laurea in scienze. Ho anche diversi lettori di test che non hanno una formazione scientifica. Mi hanno spinto tutti a chiarire, chiarire, chiarire e, se necessario, riscrivere il libro. Questo libro in particolare ha attraversato tre riscritture complete. Nulla era rimasto sul pavimento della sala da taglio, per così dire. Tutta la prima bozza è stata completamente abbandonata e riconcettualizzata, e il risultato è stato un libro molto migliore, secondo me.
Space.com: dato che è stato completamente riscritto più volte, quanto tempo ci è voluto per scrivere il libro?
Smolin: Scrivere non è il mio lavoro quotidiano; il mio lavoro quotidiano è di essere un fisico teorico. Ma nel mio tempo libero, per così dire, circa tre anni. Ci saranno un mese o sei settimane in cui sto lavorando principalmente al libro, e poi passeranno sei mesi e ci rifletterò e ci penserò su e poi mi immergerò di nuovo per tre settimane o un mese. Quindi è stato così per un periodo di tre anni.
Space.com: Il tuo libro descrive in dettaglio la storia della fisica quantistica all'inizio del XX secolo. Perché la rivoluzione quantistica anti-realista innescata da Niels Bohr è diventata la visione dominante - in un batter d'occhio?
Smolin: Ci sono state due cose che hanno agito contemporaneamente. Uno di questi, e il più importante, è stato il sorprendente successo sperimentale. L'umanità è passata in meno di 30 anni dalla riconciliazione all'idea che la materia è fatta di atomi a una teoria completa della fisica atomica. E ha funzionato sostanzialmente per spiegare gli spettri [l'arcobaleno dei colori prodotti separando i componenti della luce dalla loro lunghezza d'onda], le forze, i composti chimici - tutto! Quindi molto rapidamente, fisica nucleare, fisica delle particelle, come funzionano le stelle - astrofisica.
Quindi, il successo sperimentale è stato sorprendente ed è stato rapido. Misurato contro questo, il dissenso anche di persone come Einstein, Schrödinger e de Broglie che hanno detto: "Aspetta un minuto! Le basi sono un disastro!" Tutto ciò potrebbe essere spazzato sotto il tappeto.
Questa è stata la prima cosa. La seconda cosa è il prestigio e il carisma di Niels Bohr, con il sostegno che ha avuto dal governo danese e dalla società di birra Carlsberg, di creare un centro in cui tutto è passato attraverso di lui. La sua personalità molto ipnotica e carismatica potrebbe influenzare i pensieri di una generazione di persone che escono da una terribile guerra [Prima Guerra Mondiale]. Quindi sono un sacco di cose diverse alla volta.
Space.com: E altre teorie non potevano fare progressi.
È sorprendente che la teoria dell'onda pilota di de Broglie - anche se potrebbe essere sostenuta da Einstein, da de Broglie e in un certo senso da Schrödinger - non ha avuto alcun impatto, nonostante non si tratti di nessuno. Queste erano persone di fama mondiale con premi Nobel, che avevano fatto grandi scienze, ma il loro dissenso poteva comunque essere ignorato per diverse generazioni.
[La teoria delle onde pilota, sviluppata da Louis de Broglie negli anni '20 e ampliata da David Bohm negli anni '50, afferma che gli elettroni comprendono sia le particelle che le onde e che le particelle si muovono nella direzione in cui le onde li guidano. È deterministico, non probabilistico.]
Penso che alla fine gli scienziati siano esseri umani e siamo influenzati da ogni genere di cose, dall'inconscio all'ambizione alle forze sociali. La storia della meccanica quantistica diventa una storia che vale la pena considerare, ma non è una storia insolita.
Space.com: come hanno reagito i tuoi colleghi al tuo libro?
Smolin: Finora nulla è stato sorprendente. Le mie opinioni sono ben note nella comunità dei fisici. Per quanto provocatorio possa sembrare all'interno della struttura del libro, non c'è discussione che non sia stata discussa in modo molto approfondito tra i fisici.
L'unica cosa nuova sono gli ultimi capitoli. Ho preso un grosso rischio per mettere sul tavolo il mio lavoro attuale.
Space.com: descrivi il tuo lavoro attuale.
Smolin: La cosa più importante che sto facendo nel mio nuovo lavoro è prendere sul serio il ruolo della nonlocalità. [non località si riferisce alla capacità degli oggetti di influenzare le azioni di altri oggetti che sono molto distanti nello spazio e nel tempo.] Se vuoi dare una descrizione realistica e completa di ciò che accade quando hai due o più particelle che hanno interagito e sono ciò che chiamiamo "impigliato", quindi il modo in cui scegli di manipolare una delle particelle può influenzare le altre, anche se sono molto distanti. E questo significa che devi prendere sul serio che le influenze non sono vincolate dall'idea che le cose influenzino solo ciò che le è vicino.
Quindi, lo prendo sul serio e provo a fare una teoria in cui questi intrecci quantistici sono fondamentali e la nozione di spazio è emergente. Lo spazio non esiste; possiamo fare una descrizione emergente e approssimativa dello spazio nello stesso modo in cui usiamo la pressione e la temperatura per descrivere un gas.
Non sono assolutamente l'unica persona che cerca di sviluppare questa teoria. L'idea che lo spazio possa emergere dall'entanglement è una vecchia idea che sta ottenendo una nuova trazione da persone come Roger Penrose. La mia teoria è che lo spazio può essere emergente, ma che il tempo è fondamentale e che la causalità è fondamentale. Questa è un'opinione secondo cui un certo numero di persone sarebbe d'accordo e molte persone non sarebbero d'accordo.
Space.com: qual è l'obiettivo finale di questo tipo di lavoro teorico?
Smolin: L'idea è di sviluppare e inventare una teoria da cui è possibile dedurre previsioni che test sperimentali. Le persone più serie non prendono sul serio una proposta teorica a meno che non abbia un modo per testarla, almeno in linea di principio se non proprio ora in pratica. Senza esperimenti, è così facile per un teorico parlare di matematica meravigliosa, il che è sbagliato e non ha nulla a che fare con la natura. Abbiamo bisogno di sperimentatori per abbattere le idee e restringere le possibilità.
È solo l'ultima generazione o due che ha la situazione che le teorie sono difficili da testare. Quindi puoi avere un'intera generazione di lavoro su, per esempio, modelli di fisica delle particelle che vanno oltre il modello standard e questi non sono testati sperimentalmente. Questo è insolito e, sfortunatamente, caratterizza il nostro periodo.
Molte persone che sono serie nel campo della fisica teorica fondamentale lavorano molto duramente per stuzzicare e inventare proposte che sono ora testabili. La mia versione di nonlocalità prevede che gli effetti quantistici siano in parte dovuti al fatto che gli atomi sono molto simili a un vasto numero di atomi nell'universo. Se potessimo creare un sistema quantistico unico nel suo genere - che non aveva copie complete ovunque nell'universo osservabile - non obbedirebbe alla meccanica quantistica, obbedirebbe ad alcune equazioni in qualche modo diverse che derivano. Questo è quasi sulla soglia di ciò che i laboratori sperimentali di meccanica quantistica sono in grado di testare ora.
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