Sapere qual è il nostro posto nel mondo non è solo una questione filosofica

Il nostro mondo è statistico o deterministico? La probabilità deriva dalla nostra ignoranza o è insita nel mondo? E in tutto questo noi dove siamo?

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Secondo la fisica classica, conosciuta anche come Fisica Newtoniana, dal nome del famoso fisico inglese Isaac Newton, tutto ciò che accade nell'Universo può essere predetto conoscendo le condizioni iniziali del sistema.
Per esempio, possiamo sapere con esattezza la velocità che avrà una pallina quando toccherà terra a patto che conosciamo a priori alcuni fattori, per esempio l'altezza da cui cade, se viene lanciata (e quindi se ha una velocità iniziale) o se viene semplicemente fatta cadere da ferma, se la superficie della pallina è liscia o ruvida e vari altri parametri.
In un esperimento ideale, in base al grado di precisione che si vuole ottenere, si possono trascurare alcuni parametri che agiscono sulla pallina per rendere il problema più semplice, seppur meno preciso: nel caso della pallina, se fosse fatta da un metallo abbastanza pesante e la lanciassimo dall'altezza delle nostre spalle, imprimendo una certa forza nel tirarla per terra, possiamo affermare senza incorrere in un errore rilevante che una leggera brezza non impatterà in maniera sensibile sulla velocità con cui toccherà il suolo.
Al contrario, se lasciamo cadere una piuma da un dirupo, la velocità e la direzione del vento avrebbe delle conseguenze sul punto in cui la piuma si adagerà a terra.

In particolare nell'ultimo caso descritto, entrano in gioco talmente tanti fattori fluidodinamici non controllabili al di fuori di un laboratorio, che di fatto il risultato sarà affetto da un errore dovuto alla difficoltà, e in alcuni casi all'impossibilità, di tenere in considerazione tutto ciò che agisce e modifica l'evento: i parametri coinvolti sono talmente numerosi che bisogna parlare di previsione statistica.

In questo caso la statistica è strettamente legata alla nostra ignoranza, cioè all'impossibilità di conoscere con esattezza le condizioni iniziali di ogni parte che compone il sistema e come esse agiscono momento per momento sulla sua evoluzione. Capita spesso che tale ignoranza non è imputabile alla fisica, ma alla mancanza di strumenti matematici in grado di risolvere determinati tipi di calcoli molto complicati.

Tutto nelle mani di un demone

Pierre Simon Laplace, fisico francese vissuto a cavallo tra il XVIII e il XIX secolo, per salvare il determinismo newtoniano, introdusse il concetto del demone di Laplace.
Tale demone è la rappresentazione dell'Universo stesso, unico in grado di conoscere ogni cosa del passato e, di conseguenza, conoscere con esattezza lo stato presente di ogni cosa e la sua evoluzione futura.
Questo demone, che ovviamente è solo una rappresentazione allegorica, è in grado di conoscere ogni piccola incertezza e il modo in cui essa si inserisce nell'evoluzione universale seguendo la nota (seppur in maniera romantica più che matematica) teoria del caos.
Per andare sul pratico, potremmo dire che il demone di Laplace conosce per nome e cognome la farfalla il cui battito di ali creerà un uragano dall'altra parte del mondo e sa esattamente a che velocità e in che direzione ha sbattuto le ali, così da poter prevedere le città che saranno colpite dall'uragano, che velocità avranno esattamente i venti e quanto durerà il tutto.
Ovviamente il famoso butterfly effect è più un'idea filosofica che una vera realtà fisica, ma riesce a presentare in una forma abbastanza semplice quanto un piccolo evento, per quanto in apparenza insignificante, possa creare una deviazione notevole nelle previsioni.

Nel caso delle previsioni meteorologiche, potete immaginare quante farfalle nel mondo battono le ali in ogni istante, ossia quanti piccoli eventi apparentemente insignificanti avvengono in quella zona compresa tra lo strato più alto dell'atmosfera e le profondità più oscure degli oceani, e avrete la risposta del perché spesso uscite in stivali e ombrello durante giornate di sole o, al contrario, tornate a casa zuppi durante quella che doveva essere una luminosa giornata di abbronzatura e natura.

Un'ignoranza irrisolvibile: la statistica quantistica

Tuttavia in fisica c'è un' altra statistica concettualmente molto diversa da quella appena descritta e riguarda l'infinitamente piccolo, quindi appartiene al mondo della fisica quantistica, che non ha a che fare con l'ignoranza ma che è intrinseca del modo in cui è costruito il mondo.

In meccanica quantistica una funzione d'onda che descrive lo stato fisico di un sistema quantistico, ossia restituisce matematicamente i possibili risultati di una misura sul sistema, nel momento in cui viene fisicamente osservata collassa, restituendo uno tra i possibili risultati in maniera apparentemente casuale.
Tramite la funzione d'onda si risale alla probabilità che si possa ottenere una delle possibili misure.
Questo collasso statistico è diametralmente opposto al determinismo laplaciano poichè neanche il famoso demone sarebbe in grado di prevedere quale valore restituirà l'osservabile dopo il collasso della funzione d'onda.
Alcuni concetti fondamentali sono difficili a morire, tra questi vi è il determinismo. La casualità e l'impossibilità di rispondere al "cosa accadrà" con dei numeri esatti, hanno portato alla nascita di molte interpretazioni che cercano di riportare la statistica intrinseca in una "statistica dell'ignoranza". Lo stesso Einstein rimproverò i sostenitori della allora nascente fisica quantistica, usando la famosa frase "Dio non gioca a dadi".

La teoria delle variabili nascoste

Per salvare il determinismo anche nell'ambito quantistico, una delle teorie proposte è quella delle variabili nascoste.
Esisterebbero delle variabili che, come l'ambiente fluidodinamico nel caso della piuma, sono le responsabili dell'evoluzione di un sistema quantistico e della misura ottenuta dal collasso della funzione d'onda. Queste variabili, tuttavia, a differenza dell'ambiente fluidodinamico dell'esempio classico, non sono note e non possono essere conosciute fino al momento della misura stessa.

Questa ignoranza irrisolvibile è la responsabile per la casualità che permea la meccanica quantistica. In questa visione, il demone di Laplace conosce in ogni momento, non solo la funzione d'onda, ma anche le variabili nascoste, avendo tutti i dati che servono per fare delle previsioni anche sul collasso quantistico.

La teoria dei molti mondi

Un'altra teoria, formulata dal fisico statunitense Hugh Everett e definita come teoria dei molti mondi, non aggiunge ulteriori variabili per la giustificazione della teoria probabilistica, ma ci immerge in un universo degno dei migliori scrittori di fantascienza.
Secondo la teoria di Everett, quando viene misurata una funzione d'onda, si crea una diramazione di "Universi paralleli", un ramo per ogni possibile misura ottenibile.
Questo significa che esiste un numero infinito di universi paralleli, tante quante sono le possibilità di collasso di ogni funzione d'onda.
In che modo si colloca la nostra realtà probabilistica in questo contesto? La risposta a questa domanda è legata alla nostra esistenza, alla domanda, non certo originale, ma di centrale importanza: "Io dove mi trovo?".
"Io mi trovo" in ogni Universo che prevede la mia esistenza e, con lo scorrere della linea del tempo, ognuno degli io paralleli si separa continuando la sua esistenza in uno dei rami creati.
La coscienza può vivere solo un ramo alla volta, quindi, ad ogni diramazione, si creerà il me e un altro me diverso da me che continuerà a vivere separatamente nel nuovo ramo.

Quando finirete di leggere questo articolo, nell'Universo ci sarà un collasso d'onda che vi scinderà, inviandovi nelle varie diramazioni create. Nel breve tempo, gli altri voi scissi continueranno magari a pensare a cosa hanno appena letto, a chiedersi che problemi hanno i fisici teorici. Probabilmente, tra tutti i voi scissi, ce ne sarà qualcuno che non crederà alle parole scritte in queste pagine, a qualcun'altro invece questo articolo accenderà una luce di curiosità, quindi andrà su Google a continuare la ricerca sul tema. Quest'ultimo, magari, si appassionerà a tal punto che deciderà di studiare fisica.
Nel futuro appena successivo alla diramazione, ci sono solo tanti voi paralleli che si trovano davanti al PC, tutti perfettamente identici: ogni Universo scisso da questo collasso si distinguerà dall'altro solo per un risultato assegnato ad una minuscola particella.

Tuttavia questa piccola differenza può creare una differenza profonda nel lungo termine. Pensate al Big Bang, a quell'ammasso di singolarità che ha creato l'Universo. Pensate a quanti decadimenti d'onda sono avvenuti nei momenti subito successivi all'esplosione. Provate ad immaginare quanto profondamente diversi possano essere gli Universi paralleli "figli" degli altri rami.

Ciò che mi accadrà, il determinismo insito in questa teoria, è strettamente legato al ramo in cui io in quanto coscienza mi trovo. Tale risposta può essere data con certezza solo a seguito di una misura, della misura sul collasso che ha causato lo splitting dell'Universo.
Ognuno dei rami si separa in un tempo incredibilmente breve, una frazione con 21 zeri di secondo, in cui, per quanto velocemente possiamo effettuare la misura, resterà comunque un tempo in cui non avremo la certezza del risultato e ci sarà un'indeterminazione sul ramo che abbiamo imboccato.
La risposta a tale incertezza può essere svelata prima della misura stessa solo a livello probabilistico: la probabilità di ottenere un dato risultato per una misura, corrisponde alla probabilità di essere nel ramo dell'Universo che prevede quel risultato.
In altre parole, il risultato di ogni funzione d'onda è deterministico poiché essa ritornerà tutti i risultati previsti, l'incertezza è quale dei possibili Universi i nostri occhi continueranno a guardare.

Tali teorie sono tanto particolari e astruse quanto lontane da una possibile risoluzione. In fondo siamo come uccelli intrappolati in una gabbia, che cercano disperatamente di conoscere ciò che c'è oltre la stanza che vedono, studiando ciò che finisce dentro la gabbia stessa.
La Fisica, soprattutto quella teorica, scavalca continuamente nuovi limiti che prima sembravano invalicabili. Quei limiti, se guardati da lontano, sembravano metafisica ma, man mano che ci si avvicinava, diventavano sempre più delineati, sempre più conoscibili fino ad essere totalmente noti.
Anche adesso la ricerca guarda a ciò che da lontano appare solo metafisica, ma dobbiamo avere fiducia nel futuro... anzi, in tutti i futuri paralleli in cui finiranno scissioni di noi.