Il paradosso dell''azione spettrale a distanza' di Einstein più antico del pensiero

La frase di Einstein azione spettrale a distanza è diventata sinonimo di uno degli episodi più famosi della storia della fisica: la sua battaglia con Bohr negli anni '30 sulla completezza della meccanica quantistica.

Le armi di Einstein in questa battaglia erano esperimenti mentali che ha progettato per evidenziare quelle che credeva fossero le inadeguatezze della nuova teoria.

Il più famoso di questi è il paradosso EPR, annunciato nel 1935 e intitolato ai suoi inventori Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen.

Coinvolge una coppia di particelle legate dalla strana proprietà quantistica dell'entanglement (parola coniata molto più tardi). L'entanglement si verifica quando due particelle sono così profondamente legate da condividere la stessa esistenza. Nel linguaggio della meccanica quantistica, sono descritti dalla stessa relazione matematica nota come funzione d'onda.

L'entanglement nasce naturalmente quando due particelle vengono create nello stesso punto e nello stesso istante nello spazio, per esempio.

Le particelle impigliate possono separarsi ampiamente nello spazio. Ma anche così, la matematica implica che una misurazione su uno influenzi immediatamente l'altro, indipendentemente dalla distanza tra loro.

Einstein e colleghi hanno sottolineato che secondo la relatività ristretta ciò era impossibile e quindi la meccanica quantistica deve essere sbagliata, o almeno incompleta. Einstein la chiamava notoriamente azione spettrale a distanza.

Il paradosso EPR ha lasciato perplesso Bohr e non è stato risolto fino al 1964, molto tempo dopo la morte di Einstein. Il fisico del CERN John Bell ha risolto il problema pensando all'entanglement come a un tipo di fenomeno completamente nuovo, che ha definito non locale.

L'idea di base qui è pensare al trasferimento delle informazioni. L'entanglement consente a una particella di influenzare istantaneamente un'altra, ma non in un modo che consenta alle informazioni classiche di viaggiare più velocemente della luce. Questo ha risolto il paradosso con la relatività speciale, ma ha lasciato intatto gran parte del mistero. In questi giorni, la natura curiosa dell'entanglement è oggetto di intensa attenzione nei laboratori di tutto il mondo.

Ma questo non racconta tutta la storia, afferma Hrvoje Nikoli dell'Istituto Rudjer Boskovic in Croazia. Oggi rivela che, sebbene la storia registri per la prima volta questo paradosso nel 1935, Einstein vi si imbatté inconsapevolmente molto prima, nel 1930.

A quel tempo, stava lavorando a un altro paradosso, che presentò alla 6a Conferenza Solvay a Bruxelles nel 1930. Questo problema si concentrava sulla relazione di incertezza di Heisenberg tra energia e tempo, che afferma che non è possibile misurare entrambi con elevata precisione.

Per sfidare questo, Einstein ha inventato il seguente esperimento mentale. Immagina una scatola che può essere aperta e chiusa rapidamente e che contiene un insieme di fotoni. Quando è aperta, la scatola emette un singolo fotone.

Il tempo di emissione può essere misurato con precisione arbitraria: è solo il tempo per il quale la scatola è stata aperta. Secondo la meccanica quantistica, questo limita la risoluzione con cui è possibile misurare l'energia del fotone.

Ma Einstein fece notare che anche questo può essere misurato con precisione arbitraria, non misurando il fotone ma misurando la variazione di energia della scatola quando viene emesso il fotone, che deve essere uguale all'energia del fotone. Pertanto, la meccanica quantistica è incoerente, ha detto.

Il grande rivale di Einstein, Bohr, rimase perplesso a lungo e duramente su questo, ma alla fine arrivò con il seguente argomento. Ha detto che la stessa teoria della relatività generale di Einstein ha fornito la risposta.

Poiché la misurazione del tempo avviene in un campo gravitazionale, l'intervallo di tempo durante il quale la scatola è aperta deve dipendere anche dalla posizione della scatola.

L'incertezza di posizione è un ulteriore fattore di cui Einstein non aveva tenuto conto e questo, secondo Bohr, risolveva il paradosso. Einstein fu mandato a fare i bagagli.

Naturalmente, questa non è una risposta molto soddisfacente per l'occhio moderno. Implica, per prima cosa, che la meccanica quantistica richiede che la relatività generale sia coerente, un'idea che i fisici moderni rifiuterebbero categoricamente.

Nikoli afferma che questo problema non è mai stato analizzato in modo soddisfacente da una prospettiva moderna. Finora.

Dice che la risoluzione corretta è pensare all'energia totale del sistema, che è l'energia della scatola e l'energia del fotone. L'energia totale è costante e governata da un'unica entità matematica, anche dopo l'emissione del fotone.

Quindi la scatola e il fotone devono essere entangled.

Ciò solleva immediatamente il problema che Einstein incontrò più tardi nel paradosso EPR. Una misurazione sulla scatola influenza immediatamente il fotone e viceversa: azione spettrale a distanza.

Per questo motivo, il paradosso dei fotoni è equivalente al paradosso EPR, afferma Nikoli. Se Einstein se ne fosse accorto, avrebbe potuto fermare Bohr sui suoi passi.

Questa è una nota storica interessante. Il trionfo di Bohr su Einstein in questa occasione è ampiamente considerato il suo più grande.

Ma ora è facile vedere che le cose avrebbero potuto essere significativamente diverse se Einstein avesse riformulato la sua argomentazione in termini di entanglement.

Così è forgiata la storia!

Rif: arxiv.org/abs/1203.1139 : EPR prima dell'EPR: rivisitazione di un esperimento mentale di Einstein-Bohr del 1930

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