Sintropia – Il tempo e i misteri della meccanica quantistica

L’unione del tempo causale e del tempo retrocausale

porta a predire l’esistenza di

un tempo unitario nel quale vige la supercausalità

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Per comprendere meglio le implicazioni dell’equazione di Klein-Gordon è importante chiare le tre tipologie di tempo che questa equazione porta a predire:

· Il tempo causale, è previsto nei sistemi divergenti, ad esempio il nostro universo in espansione, ed è governato dalla soluzione positiva dell’equazione (onde divergenti / onde ritardate). Nei sistemi divergenti l’entropia prevale, le cause precedono sempre gli effetti e il tempo si muove in avanti, dal passato al futuro. La legge dell’entropia impedisce la manifestazione di onde anticipate, non è perciò possibile vedere onde luminose che si muovono a ritroso nel tempo o ricevere segnali radio prima che questi vengano trasmessi.

· Il tempo retrocausale, è atteso nei sistemi convergenti, come è il caso dei buchi neri, ed è governato dalla soluzione negativa dell’equazione (onde convergenti / onde anticipate). Nei sistemi convergenti prevale la retrocausalità, gli effetti devono sempre precedere le cause e il tempo si muove a ritroso, dal futuro verso il passato. In questi sistemi non è possibile la manifestazione di onde ritardate e per questo motivo non è possibile la fuoriuscita di luce dai buchi neri.

· Il tempo supercausale caratterizzerebbe i sistemi nei quali le forze divergenti e quelle convergenti sono bilanciate. Un esempio è dato dagli atomi. In questi sistemi la causalità e la retrocausalità coesistono e il tempo sarebbe unitario: passato, presente e futuro coesisterebbero.

Questa classificazione del tempo era già stata formulata dai greci nella forma di: Kronos, Kairos e Aion.

· Kronos descrive il tempo sequenziale, a noi familiare, tipico della soluzione positiva dell’equazione di Klein-Gordon, fatto di momenti assoluti che fluiscono dal passato al futuro.

· Kairos descrive il tempo retrocausale, tipico della soluzione negativa dell’equazione di Klein-Gordon. Secondo Pitagora Kairos è alla base dell’intuizione e della capacità di anticipare il futuro e di scegliere in modo vantaggioso.

· Aion descrive il tempo supercausale, nel quale passato, presente e futuro coesistono. Il tempo della meccanica quantistica, del mondo sub-atomico.

Il tempo supercausale della meccanica quantistica consente di spiegare in modo semplice e consequenziale alcuni dei misteri fondamentali della meccanica quantistica, come la quantizzazione, la duplice natura della materia, la non località e l’entanglement, e fornisce un modo per riconciliare la relatività ristretta con la meccanica quantistica.

Quantizzazione

Il 14 dicembre 1900 è oggi ricordato come la data di inizio della meccanica quantistica. Tuttavia lo stesso Planck rimase scettico della sua stessa scoperta non riuscendo a rispondere alla domanda “perché il quanto?”; questa domanda non ha ottenuto ancora una risposta e rimane uno dei misteri fondamentali della meccanica quantistica.

La duplice soluzione dell’equazione di Klein-Gordon suggerisce una spiegazione basata sul fatto che la soluzione positiva descrive forze divergenti, mentre la soluzione negativa descrive forze convergenti. Nei sistemi nei quali le forze convergenti e quelle divergenti sono bilanciate, come accade negli atomi, una sequenza di cicli di fasi divergenti e convergenti avrebbe luogo e ogni ciclo coinciderebbe con una unità di Planck che, per un osservatore situato nel livello del macrocosmo, è indivisibile (unitario). Poiché nella fase espansiva il tempo si muove in avanti e nella fase coesiva il tempo si muove a ritroso, per un osservatore situato nel livello del macrocosmo il tempo quantistico sarebbe unitario: passato, presente e futuro coesisterebbero. Tuttavia, in base a questo modello, gli atomi emetterebbero energia solo durante la fase divergente e non durante la fase convergente, risultando così in emissioni quantizzate di energia. Analogamente, assorbirebbero energia solo durante le fasi convergenti e non durante quelle divergenti, portando così all’assorbimento quantizzato di energia.

A livello quantistico viene riproposto lo stesso dilemma che si osserva in altre discipline. Ad esempio, quando ha avuto inizio l’era dell’informatica si credeva di poter realizzare computer analogici, secondo principi quantitativi. Si è poi scoperto che questa strada non era percorribile. Al contrario era possibile tradurre tutta l’informazione nella forma dicotomica dei bit (0/1) e da questo livello ricostruire qualsiasi tipo di complessità di informazione. Analogamente in ambito statistico si cerca di analizzare i dati utilizzando tecniche quantitative, ma tutti sanno che ciò pone dei seri problemi. Al contrario quando l’informazione viene dicotomizzata è possibile utilizzare tecniche statistiche che consentono di lavorare con la massima complessità delle informazioni, dove il qualitativo si fonde con il quantitativo e l’oggettivo interagisce con il soggettivo. La realtà quantistica ci dice che l’universo è, fondamentalmente, la conseguenza dell’unione di due polarità opposte e che deve, nella sua essenza, essere studiata seguendo questo approccio “dicotomico” (ma unitario) e non quello quantitativo.

Duplice natura della materia

Il 24 novembre 1803 Thomas Young presentò, alla Royal Society di London, l’esperimento della doppia fenditura che dimostra che la luce è un’onda:

L’esperimento di cui sto per parlare (…) può essere ripetuto con grande facilità, purché splenda il sole e con una strumentazione che è alla portata di tutti.

L’esperimento di Young era molto semplice, un raggio di sole veniva fatto passare attraverso un foro, una fenditura, di un cartoncino (S1), quindi raggiungeva un secondo schermo, con due fori (S2). La luce che attraversava i due fori del secondo schermo finiva infine su uno schermo bianco, dove creava una figura di luci e ombre (F) che Young spiegò come conseguenza del fatto che la luce si diffonde attraverso i due fori come onde. Queste onde danno origine, nei punti dove si sommano, a fasce chiare (interferenza costruttiva), mentre nei punti dove non si sommano a fasce scure (interferenza distruttiva).

L’esperimento di Young venne accettato come dimostrazione del fatto che la luce si irradia per mezzo di onde. Infatti, se la luce fosse stata costituita da particelle, non si sarebbero osserverete alternanze di luci e ombre, ma si sarebbero osservate solo due bande luminose, una per foro. Nell’esperimento della doppia fenditura la banda più luminosa si colloca tra i due fori, in corrispondenza della parte oscurata dallo schermo.

Tuttavia, nel 1905 Einstein risolse il paradosso dell’effetto fotoelettrico descrivendo la luce come composta da quanti, particelle chiamati fotoni, piuttosto che da onde continue. L’effetto fotoelettrico consiste nel fatto che quando i raggi di luce colpiscono un metallo, il metallo emette degli elettroni. Questi elettroni possono essere individuati e le loro energie misurate. Le analisi dell’effetto fotoelettrico, per vari metalli e con luci di frequenze differenti, mostrano che:

fino ad una certa soglia di frequenza il metallo non emette elettroni;

sopra la soglia emette elettroni la cui energia resta la stessa;

l’energia degli elettroni cresce solo se si aumenta la frequenza della luce.

La teoria classica della luce non era in grado di spiegare questi fenomeni, ad esempio:

· perché l’intensità della luce non aumentava l’energia degli elettroni emessi dal metallo?

· perché la frequenza ne influenzava invece l’energia?

· perché non venivano emessi elettroni sotto una determinata soglia?

Nel 1905 Einstein rispose a queste domande utilizzando lacostante di Planck e ipotizzando che la luce, precedentemente considerata solo come onda elettromagnetica, potesse essere descritta in termini di quanti, ovvero pacchetti discreti di energia, particelle che oggi chiamiamo fotoni. La spiegazione fornita da Einstein ebbe un ruolo chiave nella storia dello sviluppo della fisica quantistica, giacché trattava la luce in termini di fasci di particelle, invece che in termini di onde, aprendo così la strada alla dualità onda-particella.

La validità dell’ipotesi di Einstein fu dimostrata sperimentalmente nel 1915 da Robert Millikan che, per ironia, era motivato dall’intento opposto, cioè di dimostrare l’erroneità dell’ipotesi di Einstein. Millikan dedicò una decina d’anni all’esame delle spiegazioni di Einstein sull’effetto fotoelettrico, sperimentando con sempre maggiore accuratezza. Scoprì così che le teorie alternative fallivano, mentre l’interpretazione di Einstein si rivelava corretta. Diversi anni dopo, lo stesso Millikan commentò:

Ho dedicato dieci anni della mia vita ad esaminare quell’equazione del 1905 di Einstein, e contrariamente ad ogni mia aspettativa nel 1915 sono stato costretto ad ammettere la sua netta validità, nonostante la sua illogicità!

Oggi, l’esatto equivalente dell’esperimento di Young può essere condotto servendosi di un fascio di elettroni. Gli elettroni lanciati in un esperimento della doppia fenditura producono una figura d’interferenza sullo schermo rilevatore (in questo caso uno schermo simile a quello di un televisore) e devono quindi muoversi sotto forme d’onde. Tuttavia, all’arrivo, generano un solo punto di luce, comportandosi quindi come particelle. Si è quindi portati a concludere che gli elettroni viaggiano come onde, ma giungono come particelle!

Se l’elettrone fosse una particella potremmo dedurre che ogni particella passa attraverso uno o l’altro dei due fori presenti nell’esperimento; tuttavia, la figura d’interferenza che si genera sullo schermo dimostra che si tratta di onde che attraversano i due fori contemporaneamente. Le entità quantistiche si dimostrano quindi capaci di passare attraverso le due fenditure nello stesso istante; non solo, hanno anche una sorta di consapevolezza del passato e del futuro, cosicché ognuna di esse può scegliere di dare il suo contributo alla figura d’interferenza nel punto corretto, quello che contribuisce alla creazione della figura, anziché alla sua distruzione.

Questo esperimento sulla doppia fenditura mostra che le entità quantistiche sono in grado di attraversare entrambe le fenditure allo stesso tempo, proprio come viene fatto dalle onde, ma arrivano come punti, proprio come accade con le particelle. Se la materia fosse fatta solo di particelle le entità quantistica attraverserebbe un unico foro e non si osserverebbe alcuna figura di interferenza. Se la materia fosse fatta solo di onde nessun punto si osserverebbe sullo schermo rilevatore, ma solo linee di interferenza.

Secondo le parole di Richard Feynman nell’esperimento della doppia fenditura è racchiuso il “mistero centrale” della meccanica quantistica:

Si tratta di un fenomeno in cui è impossibile, assolutamente impossibile, trovare una spiegazione classica, e che ben rappresenta il nucleo della meccanica quantistica. In realtà, racchiude l’unico mistero… Le peculiarità fondamentali di tutta la meccanica quantistica.”

Richard Feynman considerò questo esperimento così importante da dedicarvi il suo primo capitolo dell’ultimo volume di “Lectures on Physics”.

Come mostrato da Cramer nella sua Interpretazione Transazionale della meccanica quantistica, la duplice soluzione dell’equazione di Klein Gordon prevede la duplice manifestazione onda/particella come conseguenza della duplice causalità passato/futuro. Le particelle sono espressione di cause già determinate (provenienti dal passato), mentre le onde sono espressione di cause ancora non determinate (provenienti dal futuro). L’equazione di Klein Gordon descrive la realtà come una continua interazione tra emettitori ed assorbitori. In assenza di una di queste due forme di causalità, non vi potrebbe essere il passaggio di materia o di energia. Un esempio, se vigesse solo la causalità classica, cioè la parte emettitrice, una batteria potrebbe essere formata da un unico polo che emette elettroni. Al contrario, sono necessari due poli, uno che emette e l’altro che assorbe. In assenza di questa dualità, toccando solo il polo emettitore (-) o solo il polo assorbitore (+), non si ha passaggio di elettricità. Nel livello quantistico, questo continuo gioco di causalità e retrocausalità (emettitori/assorbitori) fa si che la materia si presenti sempre nella duplice manifestazione onda/particella. Il fatto che la materia si presenti effettivamente sempre in questa duplice forma può essere considerato una dimostrazione della validità della duplice soluzione dell’equazione di Klein-Gordon.

Nonlocalità ed entanglement

La duplice soluzione dell’equazione di Klein-Gordon offre una spiegazione della nonlocalità che può conciliare le posizioni di Einstein con quelle della meccanica quantistica. Infatti viene descritta in modo del tutto causale, anche se retrocausale. Le onde anticipate si muovono infatti ad una velocità superiore a quella della luce e portano perciò alla creazione di collegamenti istantanei tra punti lontani dello spazio. E’ tuttavia importante sottolineare che trattandosi di onde anticipate, cioè di onde provenienti dal futuro, non possono portare informazione, in quanto l’informazione è qualcosa che per definizione è associata al passato, cioè ad un evento, una condizione che si è determinata. L’informazione può essere veicolata solo da onde ritardate, che si muovono in avanti nel tempo e che non possono superare il limite della velocità della luce. Per questo motivo, le onde anticipate possono creare correlazioni (entanglment), ma queste correlazioni non sono associate ad informazioni, non possono essere utilizzate per veicolare informazioni.

Secondo il modello della sintropia la riconciliazione tra relatività ristretta e meccanica quantistica è possibile solo quando la soluzione negativa dell’equazione di Klein-Gordon, cioè la soluzione delle onde anticipate, viene presa in considerazione.