Spazio curvo

La fisica potrebbe truccare i dadi? L'entanglement applicato al Casinò

È forse la più famosa delle stranezze della meccanica quantistica. Una "azione spettrale a distanza".

La fisica potrebbe truccare i dadi? L'entanglement applicato al Casinò

di Spooky Photon inviato speciale a Las Vegas

Una banda di fisici appassionati di giochi d’azzardo ha messo a punto un sofisticato sistema di dadi truccati per sbancare a Las Vegas. L’esito del lancio di un dado influenza l’esito del lancio dell’altro. Ad ogni lancio, ognuna delle facce di un normale dado da gioco ha un sesto di probabilità di uscire. Così anche per questi dadi truccati. Li abbiamo provati per voi: ne abbiamo preso uno alla volta e lanciato. Sono totalmente indistinguibili da normali dadi. Ripetendo il lancio tantissime volte, abbiamo visto come ogni numero esca effettivamente un sesto delle volte. La modalità criminale dei dadi truccati si attiva quando questi vengono messi all’interno di una scatola speciale e agitati con energia per qualche secondo. Lanciando ora i dadi in rapida successione si scopre che il risultato del secondo dado è completamente determinato dal risultato del primo. Se per esempio nel lancio del primo dado esce il tre in quello del secondo uscirà il cinque; se il primo ha un bel sei, il secondo un due. E viceversa. Si possono lanciare nell’ordine inverso e la stessa correlazione appare evidente. Nessun dispositivo metallico, campi magnetici, bluetooth o qualsiasi cosa possa venirvi in mente. I dadi sembrano proprio semplici dadi da gioco.

Possiamo anche trasportare con attenzione assoluta i dadi in due Casinò diversi totalmente isolati, senza possibilità di connessione tra i due, metterci d’accordo sull’orario esatto al quale lanciare i due dadi in rapida successione e poi incontrarci a metà strada per confrontare i risultati. La correlazione rimane. Non solo, abbiamo comprato precisissimi orologi atomici per riuscire a togliere ogni dubbio riguardo una qualsivoglia comunicazione tra i due. Abbiamo lanciato uno dopo l’altro con un intervallo di tempo minore di quello che necessita la luce per andare da un dado all’altro. Esperimento sicuramente complesso, ma necessario. Niente può andare più veloce della luce, quindi nessuno scambio di informazione tra i due dadi può essere avvenuta. Stregonesca correlazione perfetta senza comunicazione per la nuova frontiera dei dadi truccati.

Eppure alla fine è tutto inutile. La banda di fisici non è riuscita a sfruttarne le potenzialità per un semplice motivo. I risultati del secondo dado, infatti, sono sì sempre esattamente determinati da quello del primo, ma bisogna conoscere i risultati del primo per poter sfruttare questa conoscenza a proprio favore. E per fare ciò serve qualcuno o qualcosa che porti questa informazione dal primo al secondo Casinò, cosa impossibile con i sistemi di sicurezza dei moderni templi del gioco d’azzardo. Senza questa informazione, il secondo dado appare come un normale noioso dado con un sesto di probabilità per ogni faccia. Perché? Beh, il risultato del secondo dado è esattamente determinato da quello del primo, le facce del quale hanno ognuna un sesto di probabilità di uscire. Quindi senza sapere quello che è successo al primo, i risultati del secondo sembreranno essere quelli di un dado normale. Per questo motivo la banda di fisici si è costituita, decidendo di rendere pubblica la sua scoperta. Non ha sbancato Las Vegas, ma ha pubblicato un bellissimo articolo scientifico sulla prestigiosa rivista Nature, sperando in future nuove applicazioni del meccanismo. Da Las Vegas è tutto, linea allo studio.

Questa fantasiosa storia diventa realtà se si sostituiscono i macroscopici dadi con particelle del mondo subatomico: fotoni, elettroni, ma anche nuclei atomici e molecole. È forse la più famosa delle stranezze della meccanica quantistica: l’entanglement. Termine difficilmente traducibile: “interlacciamento” è forse quello che gli va più vicino. Proviamo a capirlo con quello che abbiamo imparato nei due articoli precedenti. La meccanica quantistica, dicevamo, ci ha svelato un mondo microscopico intrinsecamente probabilistico, che prende il posto del rassicurante e piacevole mondo classico di palline e oggetti che si muovono in maniera deterministica.

Abbiamo visto come il modo più vicino all’intuizione di capire gli strani effetti della meccanica quantistica è pensare ad una particella elementare come ad un’onda di probabilità, detta funzione d’onda (leggi qui e qui). Questa “nuvola di probabilità” evolve nel tempo e nello spazio dicendoci quale probabilità abbiamo di trovare la particella qui o lì, con una determinata proprietà o un’altra. La “funzione d’onda dei dadi” dell’esempio ci direbbe che la probabilità che esca ognuna delle facce è uno su sei. Ora prendiamo due particelle: quale è ora la loro funzione d’onda? Beh, penserete, ci saranno due funzioni d’onda, una per ogni particella, che evolveranno, seguendo le loro equazioni, in maniera molto simile a quello che farebbero le onde generate da due sassi che cadono in uno stagno (o nella vasca da bagno di due articoli fa). In certi casi questo è in effetti quello che succede: le due onde di probabilità si scontrano, si sommano, si annullano proprio come due onde d’acqua, due onde sonore o due onde elettromagnetiche. Le conseguenze sono inebrianti, ma non ne parleremo qui: provate a cercare "esperimento della doppia fenditura" su Google.

La “stregoneria” avviene quando le due particelle interagiscono tra di loro, se le “agitiamo bene nella scatola” per riprendere la storia di fantasia con la quale abbiamo iniziato. A quel punto la meccanica quantistica ci dice che non possiamo più descrivere le particelle come due onde di probabilità separate, ma come una sola funzione d’onda globale che descrive entrambe. Se uno strumento di misura rivela una delle due particelle in una determinata configurazione, la probabilità di quella configurazione diventa istantaneamente 100% e la funzione d’onda collassa. Quella funzione d’onda che descrive contemporaneamente entrambe le particelle. Questo vuol dire che anche la probabilità di trovare l’altra particella in determinate configurazioni cambia istantaneamente. Così come i risultati del lancio del secondo dado erano completamente determinati dai risultati del primo. Tra le novità e le stranezze della meccanica quantistica, l’entanglement è probabilmente quella che più ha creato scompiglio nella comunità scientifica e allo stesso tempo, una volta accettato e sperimentalmente confermato, convinto tutti della intrinseca diversità del mondo microscopico dal nostro rassicurante deterministico mondo macroscopico. Questo apparente scambio di informazione istantaneo a velocità maggiore della luce rendeva molto scettico anche un grande come Einstein: in un famoso articolo del 1935 con Podolski e Rosen, l’entanglement veniva definito “spooky action at a distance”, “azione spettrale a distanza”.

Un'azione spettrale che è stata confermata sperimentalmente innumerevoli volte, ma che (purtoppo o per fortuna) non può essere usata per truccare i dadi. Mantenere due particelle elementari nello "stato entagled" è un'impresa molto difficile, a causa del fatto che l'interazione con altre particelle, con atomi, con il "mondo esterno" in generale, tende a distruggere l'entanglement. Per questo nel mondo macroscopico (come per i dadi) gli effetti quantistici come l'entanglement o la stessa basilare essenza probabilistica del mondo subatomico, sono nascosti. Per questo una persona è sempre in un posto, con ben visibili e precise caratteristiche. Per questo non possiamo usare l'entanglement per vincere al Casinò. Possiamo però usarlo per costruire computer quantistici, e forse è meglio che rischiare di essere arrestati nella folle città del Nevada.

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