Entanglement e Meccanica Quantistica

Miei lovvini, benvenuti alla Fisica di Sera, un appuntamento serale del giovedì che vi piacerà tantissimo perché tratteremo degli argomenti bellissimi. Oggi parliamo di entanglement ed in particolare ci dedichiamo a capire un po'meglio che cos'è questo fenomeno e che cos'è successo sia da un punto di vista della teoria che poi degli esperimenti. Nel 1930 Einstein non era per niente soddisfatto da quello che la meccanica quantistica stava partorendo come idee. Allora Einstein immaginò un esperimento mentale che era un po'in linea con quello che la meccanica quantistica diceva, cioè disse immaginiamo un evento nello spazio. che influenza un altro evento nello spazio arbitrariamente lontano in un attimo. Questa cosa qua, quest'azione immediata a distanza, Einstein la chiamò spooky action at distance, cioè un'azione spettrale, un'azione spaventosa, per lui inspiegabile, che doveva naturalmente, perché lui era un realista, avere una spiegazione. in altri termini. Gli esperimenti che simulano questa situazione appena descritta oggi se ne fanno, se ne fanno tanti, si sono fatti anche in passato e i risultati sono stati veramente spooky, veramente spettrali. Ma per capire un po'come sono fatti questi esperimenti e quindi come verificano l'esperimento mentale di Einstein e come può essere creato appunto un apparato che verifichi quell'esperimento mentale. dobbiamo innanzitutto spiegare che cos'è lo spin delle particelle. Allora ogni particella ha uno spin. Ora che cos'è lo spin? Lo spin ragazzi non è necessariamente da immaginare come qualcosa che ruota o che tu hai la particella che è una sferetta che si mette a ruotare come una palla da basket ruota in un senso piuttosto che nell'altro. Allora pensa alla palla da basket, pensa al fatto che ruota, ci sei, togli di mezzo questa cosa, ecco quello è lo spin. Diciamo però che lo spin possiamo legarlo al momento angolare della particella e ad un orientamento nello spazio, una direzione di orientazione nello spazio della particella. Ora fate finta che questa sia una particella e che questo rappresenti lo spin. Come potete notare è come se stiamo dando a questo oggetto una direzione verticale e un verso che punta in alto. Noi dobbiamo decidere la direzione sulla quale misurare lo spin. In particolare questa direzione la possiamo scegliere. Allora diciamo che noi stiamo misurando lo spin di questa particella in una direzione verticale. Vedete come è orientata la mia direzione verticale verso l'alto. Allora quali esiti potremmo avere quando questa particella verrà misurata? Bene, la particella sarà allineata con la direzione di misurazione e quindi potremmo avere un esito. che chiamiamo spin up oppure la particella sarà contraria alla direzione della mia misurazione allora parleremo di spin down ma come vi ho detto un attimo fa noi dobbiamo scegliere la direzione di misurazione dello spin invece di scegliere una direzione verticale proviamo ad esempio a scegliere una direzione orizzontale vedete come punta punta verso di voi quale sarà la misurazione che io otterrò allora in questo caso particolare di direzione perpendicolare alla direzione di orientazione lo spin noi avremo il 50 per cento delle probabilità che lo spin sarà e il 50 per cento delle probabilità che lo spin sarà down e se la misurazione fosse per esempio la direzione di misurazione fosse ad un angolo formasse un certo angolo beh ad esempio possiamo prendere un angolo interessante c'è un angolo di di rispetto alla verticale. Se io metto la penna così, questa storia qua non la vedete. Ma se io mi sposto in questa maniera, vi faccio vedere, voi vedete quest'angolo di che la direzione di misurazione forma con la verticale, che è invece la orientazione, la direzione dello spin della particella. Allora, se la particella arriva e viene misurata in questa direzione di misurazione, che risultato abbiamo? Beh, siccome lo spin ha... è diciamo parecchio allineato con la direzione di misurazione rispetto allo spin down che avrebbe un angolo molto maggiore allora avremo tre quarti di possibilità che lo spin sia up che venga misurato come up ed un quarto che lo spin sia down La direzione di misurazione verticale, quindi abbiamo spin up oppure spin down, la direzione orizzontale abbiamo 50% di casi spin up e 50% di casi spin down, ovvero un mezzo e un mezzo, è una direzione che forma un mezzo. angolo di 60 gradi rispetto alla verticale e che ci dà un risultato di tre quarti spin up e un quarto spin down. Adesso spiegato lo spin e avendovi fatto vedere come può essere misurato e che tipo di risultati possiamo avere Vediamo un po'come potrebbe essere realizzato l'esperimento di Einstein. Beh, questo potrebbe essere realizzato con due particelle. Vi ricordate un evento nello spazio che influenza un altro evento? Potrebbero essere due particelle, ma devono essere scelte in una maniera molto particolare. Ad esempio, possiamo scegliere due particelle che si formano spontaneamente da un lampo di energia. E noi questa cosa sappiamo che è possibile. Ne abbiamo parlato nella lezione dell'antimateria che potete riguardare qua, TING. Ad esempio, da un lampo di energia. lampo di luce possono nascere un elettrone e un positrone. Ora, dato che il momento angolare dell'universo è costante, va da sé che nel momento in cui io vado a misurare lo spin di una delle due particelle, quello dell'altra particella sarà opposto. Trovare spin opposti è vero se e solo se voi state misurando le particelle nella stessa direzione. Per esempio verticale in tutti e due i casi. Allora adesso ecco qui le cose cominciano a diventare un po'particolari. Perché? Noi potremmo immaginare che nel momento in cui queste due particelle vengono create, vengono create con un certo spin. Quindi potremmo immaginare che questa particella viene creata con spin up e questa viene creata con spin down. Ci poniamo in una situazione... immaginabile, probabilmente voi state proprio pensando a questo, diciamo perché no? Lampo di luce, creo l'elettrone, creo il positrone, si creano queste due particelle, sono di spinno opposto, io lo so, una è up, una è down, vado a misurare e trovo up e down. Attenzione, non è vero. Perché? Adesso guardate perché. Perché in realtà se noi come direzione di misurazione, invece di prendere quella che è la mia, verticale prendessimo quella orizzontale vi ricordate che prima abbiamo detto che se la direzione è orizzontale noi possiamo avere un 50 per cento che lo spin sia up e un 50 che lo spin sia down cioè stiamo dicendo praticamente che creando le due particelle e misurandole c'è una probabilità di trovare sia da una parte che dall'altra parte spin up perché se c'è il 50 per cento di trovare spin up se la misura e orizzontale ci sarà questa percentuale sia per il misuratore di destra che per quello di sinistra, cioè la stessa cosa. Ma quindi avremmo due particelle misurate con spin up e questo non conserva il momento angolare, quindi non ci siamo. Questa cosa, come abbiamo visto, non funziona perché violerebbe le leggi della conservazione del momento angolare. Allora che cosa dice la meccanica quantistica? Dice le particelle quando vengono create non sono create così. Cioè non hanno uno spin ben definito alla creazione, sono create così. Ognuna delle due particelle ha un aggrovigliamento di possibilità di spin e sono fra loro aggrovigliate. Così negli esperimenti quello che... accadrà è che se lo stato delle particelle è entangled, appunto aggrovigliato, succederà che nel momento in cui io misurerò lo spin di una particella saprò che lo spin dell'altra particella è opposto. e tu puoi fare tutti gli esperimenti che vuoi, li puoi girare e rigirare, otterrai sempre questo risultato. Un risultato di correlazione, come se ci fosse una comunicazione fra una particella e l'altra. Cioè, pensate ad un attimo quanto questa cosa sia assurda, cioè non è semplice da comprendere, non è intuitiva. Ecco, noi stiamo dicendo praticamente, riassumendo, che ogni particella ha uno spin complesso. completamente indefinito, nel momento in cui io lo vado a misurare, io so automaticamente qual è lo spin dell'altra particella. E non importa come sono stati posizionati i rivelatori, e non importa quanto lontani siano i rivelatori fra loro. È come se due persone vanno al ristorante, due fidanzati, diciamo, immaginiamo i fidanzati entangled, e... Uno sceglie il vino rosso e automaticamente l'altro sceglie il vino bianco, ma non se lo dicono neanche, non si sono raccontati nulla, magari cambiano le giornate, poi cambia, un altro può scegliere il bianco e l'altro sceglie il rosso, non ci si è messi d'accordo e qui entra in gioco Einstein. Non c'è qualcosa di pianificato prima che ti dà un risultato dopo. Semplicemente è così. Questo dice la meccanica quantistica. E quindi è come se ci fosse una azione istantanea che va più veloce della luce ed in qualche modo fa sì che una misurazione influenzi l'altra. Allora diciamo che questa spiegazione, così com'è, per alcuni fisici può essere stata valida. Molti fisici magari non sono stati infastiditi da questo tipo di risultato, non Einstein, perché Einstein diceva che qui ci deve essere un'altra spiegazione, cioè si deve spiegare la cosa in un'altra maniera. E allora sono arrivate le cosiddette variabili nascoste, cioè lui ha detto fondamentalmente «Allora signori, la situazione è questa, in realtà le particelle contengono delle informazioni, delle variabili, che noi non riusciamo a vedere quando la particella si è formata». che riusciamo a vedere solamente quando la particella viene rivelata. Allora, essendo queste informazioni dentro la particella, cioè comprese nella particella al momento in cui si è formata, nel momento in cui noi le andiamo a misurare le riveliamo. E quindi, essendosi formate prima, spieghiamoci, spin up contiene una, spin down contiene l'altra, non lo sappiamo, non lo sappiamo. Però nel momento in cui noi le andiamo a rivelare, si rivela da una parte. parte spin up, dall'altra parte spin down e quella famosa comunicazione da un all'altra cade, non ha più senso di esistere e quindi si toglie il problema dello spooky action, di questa azione così misteriosa a distanza. Quindi Einstein crede a questa possibilità delle variabili nascoste. Allora diciamo che questa idea delle variabili nascoste è stata per un periodo accettata dai fisici come probabile, come possibile spiegazione di questo problema. Ma poi è arrivato John Bell, anni dopo, che ha fatto un esperimento e il suo esperimento ha dato la possibilità, l'esperimento diciamo è nato proprio per poter capire se aveva ragione Einstein, cioè ci sono delle variabili nascoste nelle particelle, o se aveva ragione la meccanica quantistica e quindi c'è un'azione a distanza, punto e basta. Quindi il fenomeno non è più locale ma c'è una sorta di comunicazione, c'è una sorta di... di non località. Allora, l'esperimento di Bell è condotto in questa maniera. Noi abbiamo, vi ricordate i famosi due detector? Perfetto, abbiamo due detector, cioè due punti di misurazione delle particelle e ognuno di questi detector può misurare la particella in una direzione nello spazio. Guardate, la direzione verticale e poi due direzioni che formano, guardate, entrambe un angolo di 60 gradi con la verticale. Ok? Ora, immaginate... Immaginiamo due particelle che partono e una viene rivelata qui e l'altra viene rivelata qui. Attenzione, la rivelazione non avviene sperimentalmente tutti e due i detector orizzontali, tutti e due quelli verticali, poi tutti e due questi, poi tutti e due quelli. No, il detector entra in gioco random, quindi può succedere che ad una misurazione questo stia misurando verticalmente, questo stia misurando obliquamente, un'altra, questo stia misurando qui e quest'altro stia misurando qui, un'altra. questo misura qui e questo misura qui, cioè il detector agisce in maniera random sulla misurazione e vengono rivelate le particelle. Si fa l'esperimento tantissime volte, tantissime volte e si raccolgono i dati, in particolare si va a vedere quante volte si riescono, si vanno a misurare particelle che hanno spin opposto. Qual è il risultato che ci dà l'esperimento? 50%. Quindi noi possiamo fare questa esperienza. 400 miliardi di volte, facciamo 450 miliardi di misurazioni, quante ne volete, quante ve ne pare, nell'esperimento e in esperimenti simili il risultato che abbiamo è che il numero di volte in cui le particelle mi danno spino opposto è il 50%. Proviamo adesso ad immaginare questo esperimento alla Einstein con le variabili nascoste e vediamo ottenere otteniamo il 50%, poi immagineremo l'esperimento con la meccanica quantistica e vedremo che cosa otteniamo. Procediamo, pensiamolo all'Einstein. Allora io ho i miei rivelatori, ho le mie particelle, vedete, le particelle... Hanno un piano nascosto, cioè si sono messe d'accordo le cosiddette variabili nascoste. Già da quando nascono questo piano è stabilito. Un piano nascosto potrebbe essere, una combinazione di piano nascosto potrebbe essere questo. Siccome le direzioni dei rivelatori sono queste, le vedete? Allora le particelle in ogni direzione, nella stessa direzione abbiamo detto prima, devono avere spin opposti. Allora guardate, up e down. up e down, up e down. Perfetto. Vengono rivelate. Cosa succede nel momento in cui vengono rivelate? Vi ricordate? Abbiamo detto che l'esperimento funziona non con le stesse direzioni contemporaneamente. Le direzioni sono random. Qua possiamo avere questa direzione e contemporaneamente questa. Qui possiamo avere questa e contemporaneamente questa. Non lo sappiamo. Ma se vi rendete conto, è intuitivo capire che dalla combinazione di qualsiasi direzione di qua, con qualsiasi direzione del rivelatore B, il risultato che si ottiene è 100%, cioè sempre spin opposto. Da qua avremo sempre spin up e da qua avremo sempre spin down. Quali altre possibilità abbiamo? Beh, immaginate che le variabili nascoste potrebbero essere organizzate in questa maniera. Per esempio, in questa particella up Questo è un piano 2, un secondo piano, una seconda possibilità. Questa particella, variabili nascoste, up, down, up, qui down, up, down, guardate, ci siamo, perché nelle stesse direzioni gli spin sono opposti. Cosa succede al momento della rivelazione? Beh, quello che accade è che se voi fate l'esercizietto, non ci vuole niente, e accoppiate questa direzione con questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa... questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa e questa con questa, che sono tutte le possibilità che avete. Avete nove possibilità. Quello che accade è che cinque volte su nove si ottiene un risultato. di spin opposti ora ci sono altre combinazioni che possiamo fare si ragazzi tante altre per esempio potremmo fare variabili nascoste up down down down up up up up down down down up Come ve pare, ci sono tante altre possibilità, tutte matematicamente equivalenti a questa. Quindi complessivamente, se voi guardate il numero di volte, la frequenza di volte nelle quali le particelle hanno spino opposte, beh, si vede ad occhio, lo vedono tutti, è superiore al 50%. Se tu fai una media, vai a fare un calcolo, ottieni una cosa come 56. Ve lo dico subito, 55.6%, che non è il 50%. Quindi la pensata delle variabili nascoste alla Einstein non funziona. Pensiamola alla meccanica quantistica. Quindi rappresentiamo le particelle entangled. Quindi noi abbiamo le due particelle, la cui composizione, vi ricordate, è una mistura di spin up and down. E cominciamo a fare gli stessi ragionamenti che abbiamo fatto prima. Quindi... Se io invio questa particella qua e ottengo come risultato spin up, io so che immediatamente dall'altra parte avrò un risultato di spin down. Questo secondo proprio le regole della meccanica quantistica. Questo accade però, attenzione, qual è la probabilità che questo rivelatore, questa direzione del rivelatore A, si accoppi con la direzione verticale del rivelatore B? Un terzo. Guardate, qui c'è un terzo di probabilità. Questo rivelatore A potrebbe accoppiarsi nelle altre misurazioni con questi altri due rivelatori che vi ho detto un attimo fa che formano un angolo con la verticale di Ora vi ricorderete che all'inizio di questa lezione noi abbiamo detto che quando c'è un angolo di la probabilità che abbiamo che si riveli spin up è 3 quarti, spin down è 1 quarto. Allora avremo una probabilità di rivelare uno spin down in questa direzione di 1 quarto. Vi ricordate per questo rivelatore è a Anche qui avremo una probabilità di un altro quarto. Allora facciamo due calcoli. Che cosa ci viene fuori da questa situazione qua? Questo succede. Questo rivelatore accoppiato con questo, quindi due verticali, abbiamo visto che mi danno una probabilità di spin opposto del 100%. Ma questa accoppiata... ha un terzo di possibilità, quindi un terzo per 4 quarti. 4 quarti è il 100%, è l'intero. Accoppiamo questo rivelatore verticale con questa direzione, abbiamo detto che avremo un quarto di volte lo spin down da questa parte, ma questa possibilità, questo più questo, va ad un terzo, quindi un terzo per un quarto, oltre alla possibilità speculare genella questo rivelatore con quest'altro, anche qui abbiamo un terzo per un quarto. Ragazzi, so frazioni, sommatutto alla fine ottieni 6 dodicesimi, che è il 50%. Come lo combini lo combini, come lo giri lo giri, come lo pensi lo pensi, in questa situazione, secondo la meccanica quantistica, la possibilità, la frequenza, sarà il 50%. Questo in accordo con l'esperimento di Bell e con tanti altri esperimenti che si sono fatti in seguito. Quindi è vero... le particelle devono essere immaginate entanglizzate. Quindi la meccanica quantistica è completamente in accordo con i dati sperimentali. E questo che significato ha? È meraviglioso, è bellissimo, ma secondo anche il vostro punto di vista, come interpretare gli strani risultati della meccanica quantistica come numeri che poi ritornano agli esperimenti che facciamo? Diciamo che... facendo questi esperimenti e dopo questi esperimenti alcuni fisici hanno detto che questa è la prova che le variabili nascoste di cui parlava Einstein non ci sono quindi non ci sono queste informazioni altri hanno pensato invece che pensare alle particelle come entangled ci permette di credere che un'informazione possa essere inviata da una particella all'altra più veloce della luce c'è un sacco di curiosità nei confronti anche della meccanica quantistica. Dovete considerare che molte delle tecnologie moderne si basano sulla meccanica quantistica. Basti pensare al fatto che stiamo lavorando sui computer quantistici. Io molto presto parlerò proprio di questo argomento in uno dei video del giovedì, magari, che ne so, facendo una live con qualche scienziato che ci sta lavorando. E voi cosa pensate di questi risultati? Che cosa pensate di questo strano fenomeno dell'entanglement? Ne avete mai sentito parlare? Scrivetelo qui nei commenti. Che idea avete di questo tipo di fenomeni? Siete d'accordo con la frase di Richard Feynman, che più o meno... non faceva così. Se pensi di aver capito la meccanica quantistica, beh, congratulazioni, complimenti, perché vuol dire che effettivamente non hai capito niente. Con questa frase meravigliosa si chiude questo video del giovedì. Io vi aspetto domani per il video del venerdì e vi do appuntamento a giovedì prossimo per un altro video della fisica di sera. Ciao belli, guardatevi questi due video suggeriti. Ciao!

che influenza un altro evento nello spazio arbitrariamente lontano in un attimo. Questa cosa qua, quest'azione immediata a distanza, Einstein la chiamò spooky action at distance, cioè un'azione spettrale, un'azione spaventosa, per lui inspiegabile, che doveva naturalmente, perché lui era un realista, avere una spiegazione. in altri termini.

Gli esperimenti che simulano questa situazione appena descritta oggi se ne fanno, se ne fanno tanti, si sono fatti anche in passato e i risultati sono stati veramente spooky, veramente spettrali. Ma per capire un po'come sono fatti questi esperimenti e quindi come verificano l'esperimento mentale di Einstein e come può essere creato appunto un apparato che verifichi quell'esperimento mentale. dobbiamo innanzitutto spiegare che cos'è lo spin delle particelle. Allora ogni particella ha uno spin. Ora che cos'è lo spin?

Lo spin ragazzi non è necessariamente da immaginare come qualcosa che ruota o che tu hai la particella che è una sferetta che si mette a ruotare come una palla da basket ruota in un senso piuttosto che nell'altro. Allora pensa alla palla da basket, pensa al fatto che ruota, ci sei, togli di mezzo questa cosa, ecco quello è lo spin. Diciamo però che lo spin possiamo legarlo al momento angolare della particella e ad un orientamento nello spazio, una direzione di orientazione nello spazio della particella. Ora fate finta che questa sia una particella e che questo rappresenti lo spin.

Come potete notare è come se stiamo dando a questo oggetto una direzione verticale e un verso che punta in alto. Noi dobbiamo decidere la direzione sulla quale misurare lo spin. In particolare questa direzione la possiamo scegliere. Allora diciamo che noi stiamo misurando lo spin di questa particella in una direzione verticale.

Vedete come è orientata la mia direzione verticale verso l'alto. Allora quali esiti potremmo avere quando questa particella verrà misurata? Bene, la particella sarà allineata con la direzione di misurazione e quindi potremmo avere un esito. che chiamiamo spin up oppure la particella sarà contraria alla direzione della mia misurazione allora parleremo di spin down ma come vi ho detto un attimo fa noi dobbiamo scegliere la direzione di misurazione dello spin invece di scegliere una direzione verticale proviamo ad esempio a scegliere una direzione orizzontale vedete come punta punta verso di voi quale sarà la misurazione che io otterrò allora in questo caso particolare di direzione perpendicolare alla direzione di orientazione lo spin noi avremo il 50 per cento delle probabilità che lo spin sarà e il 50 per cento delle probabilità che lo spin sarà down e se la misurazione fosse per esempio la direzione di misurazione fosse ad un angolo formasse un certo angolo beh ad esempio possiamo prendere un angolo interessante c'è un angolo di di rispetto alla verticale.

Se io metto la penna così, questa storia qua non la vedete. Ma se io mi sposto in questa maniera, vi faccio vedere, voi vedete quest'angolo di che la direzione di misurazione forma con la verticale, che è invece la orientazione, la direzione dello spin della particella. Allora, se la particella arriva e viene misurata in questa direzione di misurazione, che risultato abbiamo? Beh, siccome lo spin ha...

è diciamo parecchio allineato con la direzione di misurazione rispetto allo spin down che avrebbe un angolo molto maggiore allora avremo tre quarti di possibilità che lo spin sia up che venga misurato come up ed un quarto che lo spin sia down La direzione di misurazione verticale, quindi abbiamo spin up oppure spin down, la direzione orizzontale abbiamo 50% di casi spin up e 50% di casi spin down, ovvero un mezzo e un mezzo, è una direzione che forma un mezzo. angolo di 60 gradi rispetto alla verticale e che ci dà un risultato di tre quarti spin up e un quarto spin down. Adesso spiegato lo spin e avendovi fatto vedere come può essere misurato e che tipo di risultati possiamo avere Vediamo un po'come potrebbe essere realizzato l'esperimento di Einstein. Beh, questo potrebbe essere realizzato con due particelle. Vi ricordate un evento nello spazio che influenza un altro evento?

Potrebbero essere due particelle, ma devono essere scelte in una maniera molto particolare. Ad esempio, possiamo scegliere due particelle che si formano spontaneamente da un lampo di energia. E noi questa cosa sappiamo che è possibile. Ne abbiamo parlato nella lezione dell'antimateria che potete riguardare qua, TING. Ad esempio, da un lampo di energia.

lampo di luce possono nascere un elettrone e un positrone. Ora, dato che il momento angolare dell'universo è costante, va da sé che nel momento in cui io vado a misurare lo spin di una delle due particelle, quello dell'altra particella sarà opposto. Trovare spin opposti è vero se e solo se voi state misurando le particelle nella stessa direzione. Per esempio verticale in tutti e due i casi.

Allora adesso ecco qui le cose cominciano a diventare un po'particolari. Perché? Noi potremmo immaginare che nel momento in cui queste due particelle vengono create, vengono create con un certo spin.

Quindi potremmo immaginare che questa particella viene creata con spin up e questa viene creata con spin down. Ci poniamo in una situazione... immaginabile, probabilmente voi state proprio pensando a questo, diciamo perché no? Lampo di luce, creo l'elettrone, creo il positrone, si creano queste due particelle, sono di spinno opposto, io lo so, una è up, una è down, vado a misurare e trovo up e down. Attenzione, non è vero.

Perché? Adesso guardate perché. Perché in realtà se noi come direzione di misurazione, invece di prendere quella che è la mia, verticale prendessimo quella orizzontale vi ricordate che prima abbiamo detto che se la direzione è orizzontale noi possiamo avere un 50 per cento che lo spin sia up e un 50 che lo spin sia down cioè stiamo dicendo praticamente che creando le due particelle e misurandole c'è una probabilità di trovare sia da una parte che dall'altra parte spin up perché se c'è il 50 per cento di trovare spin up se la misura e orizzontale ci sarà questa percentuale sia per il misuratore di destra che per quello di sinistra, cioè la stessa cosa.

Ma quindi avremmo due particelle misurate con spin up e questo non conserva il momento angolare, quindi non ci siamo. Questa cosa, come abbiamo visto, non funziona perché violerebbe le leggi della conservazione del momento angolare. Allora che cosa dice la meccanica quantistica? Dice le particelle quando vengono create non sono create così.

Cioè non hanno uno spin ben definito alla creazione, sono create così. Ognuna delle due particelle ha un aggrovigliamento di possibilità di spin e sono fra loro aggrovigliate. Così negli esperimenti quello che... accadrà è che se lo stato delle particelle è entangled, appunto aggrovigliato, succederà che nel momento in cui io misurerò lo spin di una particella saprò che lo spin dell'altra particella è opposto.

e tu puoi fare tutti gli esperimenti che vuoi, li puoi girare e rigirare, otterrai sempre questo risultato. Un risultato di correlazione, come se ci fosse una comunicazione fra una particella e l'altra. Cioè, pensate ad un attimo quanto questa cosa sia assurda, cioè non è semplice da comprendere, non è intuitiva. Ecco, noi stiamo dicendo praticamente, riassumendo, che ogni particella ha uno spin complesso.

completamente indefinito, nel momento in cui io lo vado a misurare, io so automaticamente qual è lo spin dell'altra particella. E non importa come sono stati posizionati i rivelatori, e non importa quanto lontani siano i rivelatori fra loro. È come se due persone vanno al ristorante, due fidanzati, diciamo, immaginiamo i fidanzati entangled, e...

Uno sceglie il vino rosso e automaticamente l'altro sceglie il vino bianco, ma non se lo dicono neanche, non si sono raccontati nulla, magari cambiano le giornate, poi cambia, un altro può scegliere il bianco e l'altro sceglie il rosso, non ci si è messi d'accordo e qui entra in gioco Einstein. Non c'è qualcosa di pianificato prima che ti dà un risultato dopo. Semplicemente è così. Questo dice la meccanica quantistica.

E quindi è come se ci fosse una azione istantanea che va più veloce della luce ed in qualche modo fa sì che una misurazione influenzi l'altra. Allora diciamo che questa spiegazione, così com'è, per alcuni fisici può essere stata valida. Molti fisici magari non sono stati infastiditi da questo tipo di risultato, non Einstein, perché Einstein diceva che qui ci deve essere un'altra spiegazione, cioè si deve spiegare la cosa in un'altra maniera. E allora sono arrivate le cosiddette variabili nascoste, cioè lui ha detto fondamentalmente «Allora signori, la situazione è questa, in realtà le particelle contengono delle informazioni, delle variabili, che noi non riusciamo a vedere quando la particella si è formata».

che riusciamo a vedere solamente quando la particella viene rivelata. Allora, essendo queste informazioni dentro la particella, cioè comprese nella particella al momento in cui si è formata, nel momento in cui noi le andiamo a misurare le riveliamo. E quindi, essendosi formate prima, spieghiamoci, spin up contiene una, spin down contiene l'altra, non lo sappiamo, non lo sappiamo.

Però nel momento in cui noi le andiamo a rivelare, si rivela da una parte. parte spin up, dall'altra parte spin down e quella famosa comunicazione da un all'altra cade, non ha più senso di esistere e quindi si toglie il problema dello spooky action, di questa azione così misteriosa a distanza. Quindi Einstein crede a questa possibilità delle variabili nascoste. Allora diciamo che questa idea delle variabili nascoste è stata per un periodo accettata dai fisici come probabile, come possibile spiegazione di questo problema. Ma poi è arrivato John Bell, anni dopo, che ha fatto un esperimento e il suo esperimento ha dato la possibilità, l'esperimento diciamo è nato proprio per poter capire se aveva ragione Einstein, cioè ci sono delle variabili nascoste nelle particelle, o se aveva ragione la meccanica quantistica e quindi c'è un'azione a distanza, punto e basta.

Quindi il fenomeno non è più locale ma c'è una sorta di comunicazione, c'è una sorta di... di non località. Allora, l'esperimento di Bell è condotto in questa maniera.

Noi abbiamo, vi ricordate i famosi due detector? Perfetto, abbiamo due detector, cioè due punti di misurazione delle particelle e ognuno di questi detector può misurare la particella in una direzione nello spazio. Guardate, la direzione verticale e poi due direzioni che formano, guardate, entrambe un angolo di 60 gradi con la verticale. Ok? Ora, immaginate...

Immaginiamo due particelle che partono e una viene rivelata qui e l'altra viene rivelata qui. Attenzione, la rivelazione non avviene sperimentalmente tutti e due i detector orizzontali, tutti e due quelli verticali, poi tutti e due questi, poi tutti e due quelli. No, il detector entra in gioco random, quindi può succedere che ad una misurazione questo stia misurando verticalmente, questo stia misurando obliquamente, un'altra, questo stia misurando qui e quest'altro stia misurando qui, un'altra. questo misura qui e questo misura qui, cioè il detector agisce in maniera random sulla misurazione e vengono rivelate le particelle. Si fa l'esperimento tantissime volte, tantissime volte e si raccolgono i dati, in particolare si va a vedere quante volte si riescono, si vanno a misurare particelle che hanno spin opposto.

Qual è il risultato che ci dà l'esperimento? 50%. Quindi noi possiamo fare questa esperienza.

400 miliardi di volte, facciamo 450 miliardi di misurazioni, quante ne volete, quante ve ne pare, nell'esperimento e in esperimenti simili il risultato che abbiamo è che il numero di volte in cui le particelle mi danno spino opposto è il 50%. Proviamo adesso ad immaginare questo esperimento alla Einstein con le variabili nascoste e vediamo ottenere otteniamo il 50%, poi immagineremo l'esperimento con la meccanica quantistica e vedremo che cosa otteniamo. Procediamo, pensiamolo all'Einstein.

Allora io ho i miei rivelatori, ho le mie particelle, vedete, le particelle... Hanno un piano nascosto, cioè si sono messe d'accordo le cosiddette variabili nascoste. Già da quando nascono questo piano è stabilito.

Un piano nascosto potrebbe essere, una combinazione di piano nascosto potrebbe essere questo. Siccome le direzioni dei rivelatori sono queste, le vedete? Allora le particelle in ogni direzione, nella stessa direzione abbiamo detto prima, devono avere spin opposti. Allora guardate, up e down.

up e down, up e down. Perfetto. Vengono rivelate.

Cosa succede nel momento in cui vengono rivelate? Vi ricordate? Abbiamo detto che l'esperimento funziona non con le stesse direzioni contemporaneamente. Le direzioni sono random. Qua possiamo avere questa direzione e contemporaneamente questa.

Qui possiamo avere questa e contemporaneamente questa. Non lo sappiamo. Ma se vi rendete conto, è intuitivo capire che dalla combinazione di qualsiasi direzione di qua, con qualsiasi direzione del rivelatore B, il risultato che si ottiene è 100%, cioè sempre spin opposto.

Da qua avremo sempre spin up e da qua avremo sempre spin down. Quali altre possibilità abbiamo? Beh, immaginate che le variabili nascoste potrebbero essere organizzate in questa maniera.

Per esempio, in questa particella up Questo è un piano 2, un secondo piano, una seconda possibilità. Questa particella, variabili nascoste, up, down, up, qui down, up, down, guardate, ci siamo, perché nelle stesse direzioni gli spin sono opposti. Cosa succede al momento della rivelazione?

Beh, quello che accade è che se voi fate l'esercizietto, non ci vuole niente, e accoppiate questa direzione con questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa... questa, questa con questa, questa con questa, questa con questa e questa con questa, che sono tutte le possibilità che avete. Avete nove possibilità.

Quello che accade è che cinque volte su nove si ottiene un risultato. di spin opposti ora ci sono altre combinazioni che possiamo fare si ragazzi tante altre per esempio potremmo fare variabili nascoste up down down down up up up up down down down up Come ve pare, ci sono tante altre possibilità, tutte matematicamente equivalenti a questa. Quindi complessivamente, se voi guardate il numero di volte, la frequenza di volte nelle quali le particelle hanno spino opposte, beh, si vede ad occhio, lo vedono tutti, è superiore al 50%. Se tu fai una media, vai a fare un calcolo, ottieni una cosa come 56. Ve lo dico subito, 55.6%, che non è il 50%. Quindi la pensata delle variabili nascoste alla Einstein non funziona.

Pensiamola alla meccanica quantistica. Quindi rappresentiamo le particelle entangled. Quindi noi abbiamo le due particelle, la cui composizione, vi ricordate, è una mistura di spin up and down.

E cominciamo a fare gli stessi ragionamenti che abbiamo fatto prima. Quindi... Se io invio questa particella qua e ottengo come risultato spin up, io so che immediatamente dall'altra parte avrò un risultato di spin down. Questo secondo proprio le regole della meccanica quantistica.

Questo accade però, attenzione, qual è la probabilità che questo rivelatore, questa direzione del rivelatore A, si accoppi con la direzione verticale del rivelatore B? Un terzo. Guardate, qui c'è un terzo di probabilità.

Questo rivelatore A potrebbe accoppiarsi nelle altre misurazioni con questi altri due rivelatori che vi ho detto un attimo fa che formano un angolo con la verticale di Ora vi ricorderete che all'inizio di questa lezione noi abbiamo detto che quando c'è un angolo di la probabilità che abbiamo che si riveli spin up è 3 quarti, spin down è 1 quarto. Allora avremo una probabilità di rivelare uno spin down in questa direzione di 1 quarto. Vi ricordate per questo rivelatore è a Anche qui avremo una probabilità di un altro quarto. Allora facciamo due calcoli.

Che cosa ci viene fuori da questa situazione qua? Questo succede. Questo rivelatore accoppiato con questo, quindi due verticali, abbiamo visto che mi danno una probabilità di spin opposto del 100%.

Ma questa accoppiata... ha un terzo di possibilità, quindi un terzo per 4 quarti. 4 quarti è il 100%, è l'intero.

Accoppiamo questo rivelatore verticale con questa direzione, abbiamo detto che avremo un quarto di volte lo spin down da questa parte, ma questa possibilità, questo più questo, va ad un terzo, quindi un terzo per un quarto, oltre alla possibilità speculare genella questo rivelatore con quest'altro, anche qui abbiamo un terzo per un quarto. Ragazzi, so frazioni, sommatutto alla fine ottieni 6 dodicesimi, che è il 50%. Come lo combini lo combini, come lo giri lo giri, come lo pensi lo pensi, in questa situazione, secondo la meccanica quantistica, la possibilità, la frequenza, sarà il 50%. Questo in accordo con l'esperimento di Bell e con tanti altri esperimenti che si sono fatti in seguito.

Quindi è vero... le particelle devono essere immaginate entanglizzate. Quindi la meccanica quantistica è completamente in accordo con i dati sperimentali. E questo che significato ha? È meraviglioso, è bellissimo, ma secondo anche il vostro punto di vista, come interpretare gli strani risultati della meccanica quantistica come numeri che poi ritornano agli esperimenti che facciamo?

Diciamo che... facendo questi esperimenti e dopo questi esperimenti alcuni fisici hanno detto che questa è la prova che le variabili nascoste di cui parlava Einstein non ci sono quindi non ci sono queste informazioni altri hanno pensato invece che pensare alle particelle come entangled ci permette di credere che un'informazione possa essere inviata da una particella all'altra più veloce della luce c'è un sacco di curiosità nei confronti anche della meccanica quantistica. Dovete considerare che molte delle tecnologie moderne si basano sulla meccanica quantistica.

Basti pensare al fatto che stiamo lavorando sui computer quantistici. Io molto presto parlerò proprio di questo argomento in uno dei video del giovedì, magari, che ne so, facendo una live con qualche scienziato che ci sta lavorando. E voi cosa pensate di questi risultati? Che cosa pensate di questo strano fenomeno dell'entanglement?

Ne avete mai sentito parlare? Scrivetelo qui nei commenti. Che idea avete di questo tipo di fenomeni? Siete d'accordo con la frase di Richard Feynman, che più o meno...

non faceva così. Se pensi di aver capito la meccanica quantistica, beh, congratulazioni, complimenti, perché vuol dire che effettivamente non hai capito niente. Con questa frase meravigliosa si chiude questo video del giovedì.

Io vi aspetto domani per il video del venerdì e vi do appuntamento a giovedì prossimo per un altro video della fisica di sera. Ciao belli, guardatevi questi due video suggeriti. Ciao!

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