I dottori Stranamore

L’antico dei giorni (William Blake, 1794)

I dottori Stranamore

di Giorgio Masiero

La meccanica quantistica dimostra la possibilità di viaggiare nel tempo?

Il re della mia bibliotechina, Gravitation, è un tomo di 1.284 pagine, pesa 3 kg e misura 19 × 25 × 6 cm. Ha l’aspetto d’un elenco telefonico, ma è un libro di fisica. Apparve nel 1973 a firma di tre scienziati – Charles Misner, Kip Thorne e John Wheeler – e da allora è stato replicato in 24 edizioni in inglese, senza citare quelle in russo, cinese, giapponese, ecc. È la bibbia della relatività generale e non è per tutti: in piccola parte, segnata dalle pagine marcate con un triangolino grigio, è leggibile da chi abbia una conoscenza a livello universitario della matematica, per il resto da chi abbia studiato specifici settori della matematica moderna.

Non parlerò però oggi di relatività generale – questa elegante teoria di Einstein codificata nella matematica di Levi-Civita, ricca di applicazioni e predizioni, l’ultima delle quali è stata da me riportata in un articolo a questo link e probabilmente deciderà il prossimo Nobel per la fisica –, ma di uno degli autori di Gravitation, Wheeler. Più precisamente parlerò d’un suo famoso “esperimento” pubblicato nelle riviste scientifiche e ripreso in varie conferenze. Questo parto di Wheleer fu presentato la prima volta a Londra il 5 giugno 1980 col titolo “Delayed Choice Experiments and the Bohr-Einstein Dialog” (Esperimenti a scelta ritardata e il dialogo Bohr-Einstein), in un convegno congiunto della American Philosophical Society e della Royal Society, cioè di due tra i più importanti think tank del mondo.

L’esperimento di Wheeler non ha nulla di sperimentale come vedremo, né tanto meno di scientifico, e neanche di logico a dirla tutta; ma bene esemplifica la confusione esistente nella comunità scientifica tra una teoria corroborata e la fantasia svincolata fino all’assurdo, mossa in questo caso da una vanità titanica, di fronte alla quale folle di eruditi s’inginocchiano, perché non hanno la sapienza di ammettere che una cosa non si può fare o che non si sa (ancora) fare. In quanto fantasioso e assurdo, il costrutto ha figliato, come ogni grande opera di letteratura, migliaia d’imitazioni nell’entertainment, specialmente negli studios di Hollywood, dove dopo lo sdoganamento scientifico non si contano i film che raccontano di viaggi nel tempo.

Wheeler non fu solo un fisico teorico, ma anche un tecnocrate attento alle applicazioni della sua scienza. Fino alla morte, intervenuta nel 2008, fu uno dei più accesi seguaci dell’idealismo di Copenaghen in meccanica quantistica, una concezione tuttora condivisa da molti fisici. Tanto per capire la partita in gioco quando si parla di “idealismo”, in opposizione al realismo di chi crede ad un mondo esistente indipendentemente da noi, Wheeler mise subito le carte in tavola a Londra riguardo a che cosa dimostrerebbe secondo lui la meccanica quantistica: “Nessun fenomeno elementare è un fenomeno prima dell’istante in cui è osservato e registrato”, perché il ruolo dell’osservatore è ineliminabile ed un evento atomico esiste solo in quanto e nel modo in cui i fisici lo registrano in laboratorio col loro apparato strumentale.

Ma, dirà qualche ingenuo tra i miei lettori, dove lo mettiamo il Big bang, avvenuto – dicono gli stessi fisici – 13,7 miliardi di anni fa, quando essi ancora non c’erano per osservarlo? o la fusione dei due buchi neri, grandi come 30 Soli, avvenuta un miliardo e 300 milioni di anni fa a un miliardo e 300 milioni di anni luce dalla Terra la cui onda è stata registrata il 14 settembre 2015, alle 11:50:45 CET? cosa sono questi due eventi cosmici passati? sono stati provocati dai fisici terrestri di adesso?!

Nessun problema, spiegò il prof. Wheeler alla platea londinese pendente dalle sue labbra: “In un esperimento a scelta ritardata si scopre che una scelta fatta qui ed ora ha conseguenze irreparabili per ciò che si ha diritto di dire su ciò che è già accaduto nei primissimi giorni dell’universo, molto prima che ci fosse una qualsiasi forma di vita sulla Terra” (sottolineature mie). In altre parole, col suo esperimento Wheeler intese dimostrare che le nostre scelte possono modificare il passato, non solo il passato recente – del tipo: mi risparmio una multa, perché con un esperimento attuato oggi in laboratorio modifico la realtà passata (registrata da una telecamera) di aver varcato la ZTL a Cervia due mesi fa –, ma anche il passato più remoto di miliardi di anni, del tipo come cancellare dalla storia dell’universo l’esplosione della supernova KSN 2011D, 500 volte più grande del Sole, avvenuta 1,2 miliardi di anni fa. Proprio come nei film di fantascienza, pardon, di scienza, dove l’eroe viene spedito indietro nel tempo per evitare catastrofi future…

A questo punto, se tu, Lettore, pensi di trovarti di fronte a un megalomane di dimensioni astronomiche, ti sbagli di grosso. Parla uno scienziato dall’ambone della scienza dura che più non si può, uno che ha lavorato in squadra con Bohr, e poi al Progetto Manhattan a costruire reattori atomici, e poi alla bomba H che più potente non si può; hai davanti una mente geniale con attenzione al pratico, al concreto che più non si può come sono le faccende militari!

Ora, per cogliere la sottigliezza del ragionamento di scienziato creativo e giudicare lo spessore dell’errore di cavernicolo platonico, bisogna fare uno sforzo: da parte mia per illustrare l’esperimento con il serio sussiego d’un adepto (e senza usare le equazioni della meccanica quantistica); da parte tua, Lettore, di prestare attenzione agli schemi che presenterò. A che scopo? Puoi dire: sappiamo già, anche senza essere laureati in fisica, che l’unica certezza di questo mondo è il passato, l’insieme pietrificato delle cose già accadute, queste sì irreparabili; potresti aggiungere che Wheeler si contraddice già sul piano logico quando giudica irreparabili le sue immaginate conseguenze sul passato (al tempo t1) di scelte fatte oggi (al tempo t2 > t1): infatti, se davvero fosse possibile modificare il passato, nulla sarebbe irreparabile, perché le scelte di domani (al tempo t3 > t1) potrebbero modificare di nuovo il passato e così riparare le pretese conseguenze al tempo t1 delle scelte al tempo t2! E avresti ragione: con i viaggi nel tempo siamo in pieno delirio di potenza, o forse sotto l’effetto d’un altro genere di trip, e ciò basterebbe a chiudere la discussione. Ciò che mi riprometto qui però non è tanto di confutare l’ovvio, ma piuttosto di spiegare il misunderstanding del grand’uomo e di tutti quegli scienziati (il pietoso elenco sarebbe lungo) che, con l’immunità garantitagli dal CICAP, credono di dedurre queste favole dalla serissima meccanica quantistica. Cominciamo dal primo grafico.

Fig. 1 – Una sorgente luminosa S, uno specchio semitrasparente V, due specchi A e B e due fotomoltiplicatori F1 e F2

Una sorgente luminosa S di bassissima intensità emette fotoni, uno alla volta, separati l’uno dall’altro da un lungo intervallo di tempo. V è uno specchio semitrasparente: vuol dire che la luce quando lo incide, viene in parte riflessa verso lo specchio a riflessione totale A e in parte trasmessa verso lo specchio a riflessione totale B. A e B poi deviano i raggi rispettivamente verso i rivelatori F2 e F1, dove i fotoni vengono registrati. Poiché i fotoni sono indivisibili, ogni fotone sarà rilevato o da F1 o da F2 e mai se ne troverà mezzo da una parte e mezzo d’altra. Questa è fisica, scienza sperimentata mille volte. Ma Wheeler non si ferma qui. Teorizza, estrapola, fantastica che il fotone abbia acquisito dall’interazione con lo specchio V un comportamento puramente corpuscolare tipico di una particella moventesi lungo una traiettoria precisa, in questo caso lungo uno dei due zigzag euclidei alternativi S-V-A-F2 o S-V-B-F1. Tratte queste sicurezze, Wheeler inserisce nell’esperimento un secondo specchio semitrasparente W (Fig. 2), dotato di una proprietà speciale.

Fig. 2 – Viene aggiunto lo specchio semitrasparente W di spessore opportuno

Lo spessore di W è scelto in funzione della lunghezza d’onda dei fotoni, in modo tale che l’interferenza della parte di luce relativa al cammino V-B-W-F2 con la parte di luce relativa al cammino V-A-W-F2 sia distruttiva. Si sa, la luce è un’onda e come quelle cuffie hi-tech che garantiscono in business class il silenzio assoluto producendo un suono uguale ma in fase opposta al rumore, così accade per i fotoni che arrivano su F2 per i due cammini diversi. Tutti i fotoni saranno allora registrati al rivelatore F1. Anche questa è fisica autentica, scienza sperimentata: ciò che possiamo dire è che lo specchio W è costruito in modo che ogni fotone interferisca con se stesso così da rendere impossibile la deviazione verso F2 e certa quella verso F1. Ma ciò a Wheeler non basta, egli vuole descrivere l’invisibile accaduto per strada…, lui che pontifica sull’inesistenza dei fenomeni non registrati non s’accontenta di predire solo ciò che è registrato alla fine della strada. Così inferisce che ogni fotone arrivato su F1 abbia percorso il cammino S-V-A-W-F1 e contemporaneamente il cammino S-V-B-W-F1, ecc. Stavolta, l’inserimento dello specchio W avrebbe indotto nella fioca luce un comportamento puramente ondulatorio, non costringendo i fotoni lungo traiettorie lineari precise, ma sparpagliandoli in tutta una regione spaziale.

Tratte queste ulteriori certezze, Wheeler ha un’idea geniale, nella quale consiste il nocciolo del suo esperimento: e se provassimo a inserire (o disinserire) W all’ultimo momento, dopo che il fotone è passato per V, A e B, ma non ha ancora toccato W? Ecco la “scelta ritardata”… di conseguenze inaudite: a W disinserito la luce (di natura corpuscolare) si suddivide tra i due rivelatori; a W inserito la luce (ora di natura ondulatoria) confluisce tutta nel primo rivelatore… Ma ciò vuol dire che la scelta d’inserire o di non inserire W – che succede dopo che la luce ha già interagito con V, A e B e si sta dirigendo indisturbata verso W (o non W) – condiziona fenomeni già accaduti, pre-assegnando ai fotoni una natura corpuscolare o all’incontrario ondulatoria! La scelta futura modifica il passato… QED.

Qualche lettore ferrato in fisica potrebbe alzare il ditino per obiettare: con la grandezza della velocità della luce (c = 300.000 km/sec), com’è possibile organizzare le cose in laboratorio in modo da inserire o disinserire lo specchio W proprio nell’istante in cui il fotone sta viaggiando nei corti tratti A-W e/o B-W, senza l’aggiunta di sensibilissimi rivelatori intermedi che disturbino i fotoni? Cui il prof. Wheeler, che nel team del Progetto Manhattan imparò a risolvere per il bene dell’umanità problemi ben più complessi, risponderebbe sorridendo: io il laboratorio adatto ce l’ho già, è l’universo esteso miliardi di anni luce e lì ho tutto il tempo per fare la scelta ritardata che modifica il passato! Veda, caro ragazzo, la Fig. 3 e capirà da sé.

Fig. 3 – Una quasar S, un ammasso di galassie e… la scelta ritardata su W

Traduco per chi non ha studiato astronomia. Osservate dal telescopio Lab, le sorgenti di luce A e B, note come QSO 0957 + 561 A/B, dovrebbero essere considerate due corpi celesti distinti, perché separate da un angolo di 6 secondi (ampliato in figura per comodità). Hanno però identiche tutte le proprietà fisiche (spettro, spostamento verso il rosso, ecc.), cosicché gli astronomi si sono convinti che è un’unica quasar S, che ci appare sdoppiata per l’interposizione tra essa e noi d’un ammasso di galassie, che agisce come “lente gravitazionale” deviandone la luce lungo due percorsi diversi, per A e per B!

Ora, cogitò Wheeler, se noi inseriamo (o no) lo specchio semitrasparente a spessore variabile W davanti ai telescopi – e abbiamo tutto il tempo di “decidere”, essendo l’ammasso a 3,7 miliardi di anni luce da noi –  possiamo così assegnare la natura dei prossimi fotoni in arrivo dalla quasar, costringendoli a impattare solo uno o entrambi i rivelatori F1,2. Ma questi fotoni sono stati emessi 8,7 miliardi di anni fa! Ecco, conclude Wheeler, che la nostra potenza è senza limiti, perché possiamo influenzare il passato anche su tempi paragonabili all’età dell’universo. Pronta la conclusione: “È sbagliato pensare il passato come ‘già esistente’ in ogni dettaglio. Il ‘passato’ è teoria. Il passato non ha esistenza tranne che per essere registrato nel presente … Ciò che abbiamo il diritto di dire circa lo spazio-tempo passato e circa gli eventi passati, è deciso da scelte di quali misure effettuare compiute nel passato recente e nel presente. I fenomeni resi esistenti da queste decisioni si estendono all’indietro nel tempo nelle loro conseguenze…, all’indietro fino ai primissimi giorni dell’universo. Strumenti di registrazione che operano qui e ora hanno un ruolo innegabile nel generare ciò che appare essere accaduto. Per quanto utile possa essere nella vita di ogni giorno dire che il mondo esiste ‘là fuori’ indipendentemente da noi, questo punto di vista non può più essere mantenuto”. Applausi. Amen.

L’antropocentrismo cosmico rimosso 500 anni fa da un ecclesiastico di Frombork rientra in gioco con la fisica laica di Copenaghen, e lo fa così trionfalmente che di più un peripatetico secentesco non si sognerebbe. Non sarebbero le proprietà dei fotoni usciti dalla quasar 8,7 miliardi di anni fa e trasmessici dall’ammasso galattico 3,7 miliardi di anni fa a determinare l’esito dell’interazione odierna con i nostri telescopi, ma sarebbe la nostra scelta di mettere o no un vetrino ad aver determinato nel lontano passato le proprietà fisiche dei fotoni!

Se davvero la meccanica quantistica implicasse ciò, io vi vedrei una sua falsificazione (come tante altre in ogni teoria scientifica) e salverei la freccia del tempo, piuttosto che salvare la meccanica quantistica per credere alla mia capacità di modificare il passato dell’universo. Per fortuna, c’è un’altra spiegazione del costrutto di Wheeler, semplicissima, che salva la meccanica quantistica senza implicare la potenza – che la teologia nega anche a Dio – di cambiare il passato: basta assumere che i fotoni abbiano sempre proprietà sia corpuscolari che ondulatorie per natura (invece che o corpuscolari o ondulatorie di volta in volta, a seconda delle nostre scelte strumentali), con l’onda che costringe il corpuscolo a trovarsi con maggiore probabilità là dove l’ampiezza dell’onda è maggiore e a disertare le regioni dov’è minore. I fotoni della quasar hanno fin dalla loro emissione proprietà e corpuscolari e ondulatorie, queste sì irreparabili, e i nostri strumenti li intercettano filtrandoli in modo diverso secondo la funzione per cui li abbiamo costruiti. Tutto qua. Accettare questa spiegazione significa però rinunciare all’idealismo di Copenaghen… e ammettere che la tecnica umana è limitata.

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