Atto di misurazione
Ieri, mentre ero immerso nella lettura di "La luna di Einstein", mi è venuto questo assillante dubbio sulla fisica quantistica, che probabilmente per alcuni di voi sarà poco meno di una bazzecola.

La premessa, che spero sia esatta, è che se io prendo in considerazione un fotone appena generato da un processo che non ne determini lo spin (ad es. annichilazione elettrone-positrone che dovrebbe generare due fotoni gamma di spin opposto) devo a priori dire che il suo spin è indeterminato. Dopo la mia misurazione esso verrà determinato e la sua funzione d'onda collasserà a darmi quel valore esatto che ho misurato. Ora immaginiamo che questo fotone prosegua il suo percorso e vada in una stanza adiacente, dove un mio amico non a conoscenza delle mie misurazioni (nè dell'esito nè del fatto stesso che io ne abbia eseguite) lo osserva passare tranquillamente. Questo mio amico dovrà concludere che il fotone ha spin indeterminato, mentre io so che ha uno spin preciso che ho appena definito misurandolo. Ma allora sbaglia lui? Oppure la osservabile "spin del fotone" è differente in base alle informazioni che ha l'osservatore? Cioè la realtà di fondo (come amava chiamarla Einstein, e la cui esistenza è sostanzialmente negata dalla quantistica) non esiste proprio perchè è differente in base a chi la guarda?

Modificando la questione, potrei immaginare che nel più breve tragitto compiuto da un fotone emesso nelle condizioni sopra indicate avvenga, per imprecisioni dello strumento o dell'ambiente in cui conduco l'esperimento, qualche processo in grado di distinguere i fotoni in base allo spin: di questo processo casuale e non voluto nessuno ne è a conoscenza, quindi per me e per tutti gli osservatori con me il fotone è e resta di spin indeterminato finchè non lo misuriamo. Quindi sostanzialmente il fotone si determina solo quando la misurazione è accompagnata dall'atto di coscienza? (ovvero dalla presa di coscienza da parte di un osservatore del risultato della misurazione stessa).

Spero di non aver confuso nessuno, e soprattutto che qualcuno sia in grado di dipanare il mio piccolo dubbio senza dover ricorrere alle astrazioni matematiche per me al momento incomprensibili che caratterizzano tale branca della fisica.
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(2012-06-12, 12:00)Max Fritz Ha scritto: Ieri, mentre ero immerso nella lettura di "La luna di Einstein"...
...tale branca della fisica.

Come ben dici, prima della misurazione, non hai idea dello spin della particella (dico particella per generalizzare). Anche quando citi la reazione di annichilazione tra elettrone e positrone, tu NON SAI a prescindere lo spin...sai che uno avrà uno spin e l'altro avrò spin opposto ma non puoi attribuire a nessuno dei due un valore senza fare una misura. In meccanica quantistica quando non puoi attribuire a priori uno spin ad una particella, la devi trattare come ''miscela'' dei due possibili stati...
una volta che tu fai la misura...determini lo spin.
Al tuo amico accanto...se non gli dai l'informazione...dovrà riconsiderare la particella come ''miscela'' dei due stati fin quando non farà la misura.

analogamente...se c'è una particella che si muove lungo un asse a lunghezza Lx, dalla meccanica quantistica ricavi una funziona d'onda che è una somma dei 2 possibili versi di percorrenza...insomma conosci l'asse su cui si sposta...ma non conosci il verso con cui si muove. Devi dunque considerare la ''miscela'' dei due possibili versi di percorrenza. Se però devi fare 1 esperimento, per facilitarti le cose, ipotizzerai di conoscere il verso (per esempio ''sparando'' tu la particella in un verso).

Spero di essere stato chiaro. Chiederò comunque al mio professore di meccanica quantistica di dirci qualcosa di più in merito. Ho dato sto esame giusto venerdì...ma alcuni aspetti mi rimangono poco chiari...
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Max Fritz
Grazie mille Chimico, fin qui tutto chiaro. Resta appunto qualche problemino sulle implicazioni legate alla coscienza a questo punto, ma aspetto che tu abbia l'occasione di chiedere e/o che qualcun'altro tenti di rispondere.
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non so se era chiaro dal messaggio di prima...ma il fotone misurato più volte da vari individui ''che non si conoscono'' darà lo stesso risultato sempre...
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Se tu misuri lo spin del fotone (ad esempio, s_z = +1), il fotone collassa in quello stato; e a quel punto chiunque misuri la stessa osservabile otterrà quel valore. Se uno non misura niente, non può conoscere niente!
Il fatto che la funzione d'onda collassi non dipende dal fatto che tu misuri coscientemente o no l'osservabile. Per esempio, se emetti un fascio di atomi di argento (esperimento di Stern e Gerlach), e poi misuri il momento magnetico separando gli atomi grazie a un campo magnetico, otterrai 50% di atomi con momento magnetico positivo e 50% con momento negativo. Se però, prima del tuo apparecchio di misura, qualcuno ha messo un campo magnetico che ha selezionato un certo valore del momento magnetico, tu misurerai al 100% quest'ultimo.
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Max Fritz
Ma io non ho capito...il fotone tuo e quello del tuo amico sono lo stesso fotone?
*** Cercar di far bene e non di far molto. (A. L. Lavoisier) ***
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Sì, ma lui lo osserva dopo che l'ho osservato io. Adesso con la precisazione di Chimico e la spiegazione aggiuntiva di lorenzo penso di aver inquadrato meglio la faccenda, e soprattutto di essermi messo l'animo in pace. Grazie a tutti :-)
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Se il tuo amico osserva il fotone che hai precedentemente osservato tu, beh allora NON è più lo stesso fotone. Per definizione. La misura perturba il sistema e Heisenberg non si ribalta nella tomba.
*** Cercar di far bene e non di far molto. (A. L. Lavoisier) ***
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Max Fritz
(2012-06-12, 12:55)Chimico Ha scritto: non so se era chiaro dal messaggio di prima...ma il fotone misurato più volte da vari individui ''che non si conoscono'' darà lo stesso risultato sempre...

sono andato a parlare col Prof ma sono uscito quasi più confuso...ahhahaha
in realtà mi ha risposto che non sa se la misurazione darà sempre lo stesso risultato...ma forse ho posto male io il problema...per misurare lo spin di una particella comunque questa deve essere fatta collassare...per esempio...il nucleo di H ha spin 1/2. Quando si crea un campo magnetico il nucleo collassa allineandosi e assumendo spin di +1/2 o -1/2...se stacco il campo magnetico...questo tornerà 1/2..

(non +1/2 dato che non è possibile determinare 1 verso non mettendo un punto di riferimento, è come guardare l'orologio che gira...se lo guardo da una faccia gira in senso orario...se lo guardo dall'altra gira in senso anti-orario quindi posso sapre solo che gira ma non posso determinare un verso fin quando non decido da che parte osservare)

...se ora riaccendo il campo magnetico...questo nucleo ri-collassa sullo stesso stato? io credo di no..c'è un 50% di possibilità che ritorni allo stesso stato e 50% che vada nello stato opposto...


per quanto riguarda invece i due fotoni collegati (anche se non conosco questa reazione di annichilazione) dovreste cercare ''ENTANGLEMENT''...
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Max Fritz
Ah sì, l'entaglement l'ho un po' presente, quel procedimento per cui determinando una particella si determina immediatamente l'altra (la determinazione avviene in maniera letteralmente istantanea), ma non contraddice la relatività poichè attraverso questo "canale" non possono passare informazioni (non si possono effettivamente trasportare informazioni a velocità istantanea grazie all'entaglement perchè non si può stabilire a priori il risultato di una determinazione).

Mi pare strano questo fatto che la funzione d'onda ritorni normale cessata la misurazione: ovvio che se io invertissi il magnete di Stern Gerlach, ad esempio, le cose cambierebbero, ma se il dispositivo di misurazione rimanesse lo stesso... mi aspetterei gli stessi risultati.

Grazie ancora per la collaborazione! :-)
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