Questo articolo è inserito in Meccanica Quantistica

Consideriamo questo articolo come una ciliegina cosmica, anche se tratta di un argomento saputo e risaputo. Ma, a volte, è meglio ripetersi per evitare che le fake news si diffondano...

Ne abbiamo parlato e riparlato, tuttavia si continuano a leggere pericolose e fuorvianti fake news riguardo alle caratteristiche del fenomeno quantistico chiamato entanglement. Il suo significato è quello di "allacciamento" stretto, ma sarebbe meglio parlare di "correlazione". In poche parole, due particelle sono entangled se esse formano un unico sistema quantico anche se separate di anni luce tra loro. Il problema è che questa stessa caratteristica fa, spesso, pensare a una incredibile azione a distanza, mentre, invece, essa è qualcosa di molto simile alla conservazione di certe quantità nella fisica classica, ad esempio la quantità di moto (che sapete io amo in modo speciale).

Cosa si sa dell'entanglement? Bene, molto facile a dirsi: "Se una particella possiede una certa caratteristica "positiva", l'altra deve assolutamente mostrare una caratteristica "negativa"". Attenzione, però, al significato delle parole "possiede" e "mostrare".

Consideriamo il nostro momento della quantità di moto della fisica classica. Sappiamo che esso si deve conservare, ossia se in un certo istante esso vale ZERO, dovrà rimanere ZERO qualsiasi sia l'interazione che avviene all'interno del sistema. Due particelle che si urtano continuano ad avere la somma delle loro quantità di moto uguale a quella che avevano prima dell'evento, sempre che non vi siano interferenza dal mondo esterno.

Le nostre particelle entangled hanno la stessa caratteristica. Esse, dovunque vengano portate in giro per l'Universo (senza avere, ovviamente, interazioni con il resto del Cosmo), continuano ad avere la somma di certe quantità sempre uguali a zero. Una quantità che ben conosciamo e che è tipica delle particelle quantiche è lo "spin", che possiamo tranquillamente immaginare (anche se non lo è affatto) come il momento angolare della particella.

Lo spin di un sistema di due particelle entangled deve essere NULLO (perché? beh... questo non lo sappiamo ancora, ma è così senza ombra di dubbio). Prendiamole pure e portiamole in punti diversi dell'Universo. Bene, il loro spin totale deve conservarsi: se uno vale + 1/2 (nel caso degli elettroni), l'altro deve valere -1/2. In altre parole, il loro sistema quantico è uno e uno solo. Sì, ma qual é? Anche questo non lo possiamo sapere ed è alla base del fenomeno dell'entanglement. Sappiamo benissimo qual è la caratteristica dei due spin, ma essi sono del tutto sconosciuti.

Questa è la grande differenza che esiste rispetto all'esempio che spesso viene fatto, ossia quello delle due scarpe messe in scatole separate. Anche esse possono essere portate a grande distanza, mantenendo il loro speciale "spin": se una è destra l'altra deve essere sinistra. Il fatto è, però, che le scarpe sono già separate a causa del loro spin, fin dalla preparazione delle due scatole. Possiamo anche non sapere se quella che teniamo noi sia destra o sinistra, ma quando apriremo la scatola la "realtà" apparirà immediatamente. Ho detto realtà, in quanto quella scarpa è nata sinistra e mai è stata cambiata. Pensateci un po' sopra e poi  vedrete che ricadiamo nel celebre gatto di Schroedinger: esso non è mezzo vivo e mezzo morto, ma è sicuramente o vivo o morto. Siamo soltanto noi che non lo sappiamo.

Ben diversa è, invece, la situazione delle due particelle entangled. Il loro spin non è sconosciuto solo a noi, ma è sconosciuto a chiunque, perfino alle particelle stesse (e qui sta forse il punto che ha portato all'ira di Einstein). Esse vivono in una sovrapposizione di stati e proprio la loro caratteristica quantica impone che essi siano sconosciuti, regolati solo dall'equazione di Schroedinger che descrive le  probabilità di esistere in un certo stato piuttosto che in un altro, ma non può certo svelare il mistero.

E veniamo, adesso, alla parte più importante e più critica per molti. Prendiamo nuovamente le due scarpe e apriamo le scatole. Come vedo la mia scarpa sinistra so immediatamente che quella del mio amico deve essere destra. Se l'avessi vista destra avrei concluso il contrario. Comunque sia, non c'è stata nessuno scambio di informazione tra noi. Così doveva essere è così è stato. La scarpa destra sapeva benissimo di essere destra fin dall'inizio e quella sinistra idem. Ognuna di esse sapeva benissimo in che stato si trovava. Eravamo solo il mio amico e io a non saperlo.

Quando ho aperto la scatola non ho fatto altro che venire a conoscenza di una situazione ben definita. Non vi è stata nessuna comunicazione a distanza, ma solo una presa d'atto di ciò che già esisteva. La comunicazione tra me e il mio amico si verificherebbe solo se io cambiassi la mia scarpa con una diversa e il mio amico vedesse trasformarsi la sua.

Per le particelle l'intreccio è ancora più intricato. Quando vengono preparate le due "scatole", nessuna delle due particelle possiede uno spin definito (destra o sinistra), ma vivono entrambe in una sovrapposizione di stati. L'unica cosa che sappiamo è che se si rivelasse lo stato di una si rivelerebbe immediatamente lo stato dell'altra. Ma, anche in questo caso, non c'è comunicazione istantanea a distanza.

Tutto ciò che si riesce a fare è scoprire lo stato di una particella, attraverso una misura (che può essere fatta anche da qualcuno o qualcosa non cosciente). A quel punto la rilevazione dello stato della seconda particella porterebbe sicuramente alla verifica del suo spin di segno opposto a quello della prima. Tuttavia, non ci può essere comunicazione, dato che io posso solo scoprire, misurandolo, lo spin della prima, ma in questo modo non mando nessuna informazione all'amico lontano.

Vi potrebbe essere, solo se io potessi manipolare lo stato della mia particella e ciò facesse cambiare lo stato dell'altra. Otterrei una specie di segnale morse. Io imposterei, ad esempio, più, più, meno e l'amico leggerebbe meno, meno, più. Purtroppo non è così, una volta misurato lo stato di una particella, esso resta quello che è, così come fa l'altra particella. Il gioco è finito.

In altre parole, io potrei concordare con il mio amico l'ora esatta dell'apertura della mia scatola in modo da dirgli esattamente quando arriverà il mio "messaggio". Sì, sì, ma che messaggio gli posso mandare se non quello che nemmeno io conosco? L'amico potrebbe solo dire che ha ricevuto un messaggio di un certo segno. Ma il fatto che sia opposto al mio lo sapeva fin dall'inizio, essendo le particelle entangled. In ogni modo, ormai le particelle si sono dichiarate e io non posso assolutamente manipolare lo stato di quella che ho davanti a me e, quindi, nemmeno quella del mio amico.

La vera stranezza dell'entanglement è il fatto che nessuno può conoscere lo stato che possiedono prima di effettuare una misura, nemmeno loro stesse. Tuttavia, esse sono pronte a dividersi simmetricamente i ruoli anche a enormi distanze: se una diventa più, la seconda diventa meno. Essendo questa caratteristica indipendente dalla distanza è chiaro che il collasso verso un certo stato di una particella implica un immediato collasso di tutte le particelle entangled e, di conseguenza, una estrema rapidità nello svolgimento dei processi fisici e chimici in cui sono coinvolte. Ad esempio, gli eccitoni che regolano il trasporto dell'energia nelle foglie.

In ogni modo, nessuno scambio di informazione a velocità superiore a quella della luce e nemmeno possibilità di teletrasporto alla Star Trek.