L’entanglement quantistico

In fisica, la legge di conservazione dell'energia è una delle più importanti osservata nella natura. Nella sua forma più studiata e intuitiva questa legge afferma che, sebbene l'energia possa essere trasformata e convertita da una forma in un’altra, la quantità totale di essa in un sistema isolato non varia nel tempo.

Nel suo libro La fisica di Feynman, Vol. I, Richard Feynman, fisico e divulgatore scientifico statunitense, Premio Nobel per la fisica nel 1965, parla così della legge di conservazione:

“C’è un fatto, o se volete, una legge, che governa i fenomeni naturali sinora noti. Non ci sono eccezioni a questa legge, per quanto ne sappiamo è esatta. La legge si chiama “conservazione dell'energia”, ed è veramente una idea molto astratta, perché è un principio matematico: dice che c'è una grandezza numerica, che non cambia qualsiasi cosa accada. Non descrive un meccanismo, o qualcosa di concreto: è solo un fatto un po' strano: possiamo calcolare un certo numero, e quando finiamo di osservare la natura che esegue i suoi giochi, e ricalcoliamo il numero, troviamo che non è cambiato...”

Senza dubbio alcuno, possiamo dare per scontato che l'energia complessiva dell'universo, pur potendo assumere diverse forme, rimane invariata.

Questa legge pose enormi problemi quando si cominciò a investigare il livello subatomico, cioè quello dell'estremamente piccolo.

Cerchiamo di capire il perché.

Le particelle elementari sono dotate di spin, praticamente di un movimento di rotazione. Anche lo spin è soggetto alla legge di conservazione.

Dunque, se prendiamo un elettrone con spin pari a zero e lo scindiamo in due parti, una parte avrà spin +1/2 (mezzo positivo) e l'altra avrà spin -1/2, (mezzo negativo) in modo che il loro totale sia sempre zero come nell’elettrone originale, e venga rispettata la legge di conservazione.

Ammettiamo che, una volta fatto ciò, prendiamo le due parti e le spostiamo a qualunque distanza possiamo immaginare. Ovviamente, in qualunque luogo le sposteremo, il loro spin non cambierà per non violare la legge di conservazione.

Ma facciamo un altro passo, prendiamo una delle due parti, per esempio quella con spin mezzo positivo, e invertiamo il suo spin in modo che diventi mezzo negativo.

Che cosa succede a quel punto? Succede che l'altra parte, ovunque si trovi, inverte anch'essa contemporaneamente il suo stato da mezzo negativo, qual era, a mezzo positivo. Cioè, si verifica l'effetto detto degli spin correlati: due particelle, correlate in quanto nate assieme, restano in contatto tra di loro a qualunque distanza si trovino.

Se una cambia, contemporaneamente cambia anche l’altra, perché la legge di conservazione dell’universo non può essere violata, neppure da mezzo elettrone.

Detto così può sembrare poco, ma se ci pensiamo questo sconfessa tutte le leggi della fisica di cui abbiamo parlato in precedenza.

La velocità della luce, che non potrebbe mai essere superata, nei fatti lo è abbondantemente perché le due particelle possono trovarsi a qualunque distanza intergalattica, anche a un miliardo di anni luce una dall’altra, ma immediatamente, anzi contemporaneamente, ciascuna delle due reagisce ai cambiamenti dell'altra.

La freccia del tempo, secondo cui un avvenimento dovrebbe seguirne un altro come conseguenza, viene violata. In effetti le due parti non cambiano il loro spin secondo una sequenza temporale, prima una e poi l'altra, ma contemporaneamente.

Anche il concetto di causalità (ogni evento è causato da un altro evento) cessa di essere valido sempre per la contemporaneità del mutamento.

Il terzo principio che non viene rispettato è quello dell'attenuazione dei campi di forza, in funzione della distanza. Dovremmo immaginare che le due parti cambino con più vigore quando sono più vicine, e con vigore calante, fino a non cambiare più, all'aumentare della distanza. Non è così: il "legame di forza" che unisce le due particelle rimane assoluto e costante.

Questo fenomeno, cioè il legame che unisce le due particelle, prende il nome scientifico di entanglement, una parola della lingua inglese che può essere tradotta come intreccio. Si riferisce alla connessione, dalle caratteristiche più spirituali che fisiche, che si stabilisce fra due particelle nate assieme. Un po’ come succede fra due gemelli.

Per ultima possiamo fare l'osservazione che probabilmente è la più importante: come fanno i due mezzi elettroni a comunicare tra di loro? È ovvio che l'informazione relativa al cambiamento di una delle due parti non attraversa nessuno spazio e non viene veicolata da nessun mezzo. Non esiste un momento in cui l’informazione relativa al cambiamento di una parte è ancora per strada, e l’altra parte è in attesa di riceverla per cambiare. Non esiste nessuna informazione in viaggio.

L’informazione è contemporaneamente qui e lì. Semplicemente, l'informazione è. Entrambe le parti la possiedono, come se fossero ancora una cosa sola.