0:00 Gerard 't Hooft ha vinto il Premio Nobel nel 1999, e di recente il Breakthrough Prize, per il suo lavoro sul Modello Standard della fisica delle particelle. Ritiene inoltre che la meccanica quantistica sia un'assurdità. Anzi, ha una teoria alternativa alla meccanica quantistica che, a suo dire, spiega come funziona realmente il mondo. Questa teoria è stata quasi completamente ignorata dai fisici. Il che è un peccato, perché prevede un limite a ciò che i computer quantistici possono fare. Oggi voglio parlarvi delle idee di 't Hooft sulla fisica quantistica, per quanto le comprendo. L'ho appreso da un suo libro intitolato "The Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics". Per usare le sue parole,
0:46 "L'argomento di questo libro è la 'realtà' dietro la meccanica quantistica". Ma il libro non riguarda solo la meccanica quantistica, perché questa nuova realtà sarebbe la base di tutta la fisica. Come afferma 't Hooft, "ciò che stiamo realmente cercando è un nuovo approccio per indovinare cosa sia la 'Teoria del Mondo'". Iniziamo con un rapido promemoria di come funziona normalmente la meccanica quantistica. Siamo abituati a oggetti con proprietà definite e quantificabili. Questa scrivania è bianca, questa sedia è solida e questa frase ha senso, finora. Nella meccanica quantistica non funziona così. Invece, tutto è descritto da una funzione d'onda. Di solito è indicata con
1:32 la lettera greca maiuscola psi. In sostanza, la meccanica quantistica è tutta una questione di grandi sospiri. La funzione d'onda descrive lo "stato" di un "sistema". Il sistema potrebbe essere, ad esempio, la particella e lo stato potrebbe essere la sua posizione. Ma la funzione d'onda di solito non ci dice esattamente cosa sta facendo la particella o dove si trova, fornisce solo una probabilità che possiamo calcolare a partire dalla funzione d'onda. La funzione d'onda potrebbe dirvi, ad esempio, che la particella ha una probabilità del 50% di trovarsi, diciamo, sul lato sinistro dello schermo e una probabilità del 50% di trovarsi sul lato destro. Quindi, se misurate la particella, sapete che, diciamo, ha una probabilità del 100%. Ma la
2:18 probabilità deriva dalla funzione d'onda. Quindi, se effettuate una misurazione, dovete aggiornare la funzione d'onda per riflettere la variazione di probabilità. Questo è chiamato il "collasso" della funzione d'onda, o la riduzione o l'aggiornamento. Il problema è che questo collasso non è locale. Non inizia in un punto e poi si diffonde da lì. Avviene in un istante, ovunque, a una velocità superiore a quella della luce. Il fatto che il collasso della funzione d'onda superi il limite della velocità della luce è il motivo per cui a Einstein non piaceva la meccanica quantistica. Credo che Einstein avesse ragione, e anche 't Hooft la pensa così. Il modo in cui 't Hooft vuole migliorare la fisica quantistica è eliminare il collasso della funzione d'onda. E lo fa eliminando il libero arbitrio,
3:07 rendendo la meccanica quantistica completamente deterministica. Nella sua versione attuale, la meccanica quantistica non è deterministica perché la funzione d'onda fornisce solo probabilità, non determina il risultato di una misurazione. Nella versione di 't Hooft, lo fa, solo che non possiamo prevedere il risultato perché ci mancano informazioni. 't Hooft afferma che la casualità nella meccanica quantistica ha la stessa origine di qualsiasi altra casualità che osserviamo. Come quando, per esempio, si lancia un dado. Non è che il risultato del lancio non sia stato determinato. Semplicemente non possiamo calcolarlo perché non conosciamo l'esatto stato iniziale. Questo, di nuovo, è anche ciò che pensava Einstein, ed è il motivo per cui disse "Il bene non gioca a dadi".
3:57 Ok, quindi 't Hooft vuole riportarci al determinismo, ma cosa c'entra il libero arbitrio con questo? Innanzitutto , i filosofi hanno dibattuto per qualche migliaio di anni se il determinismo sia compatibile con il libero arbitrio. Quindi, è molto probabile che il solo fatto di tornare al determinismo sconvolga l'idea che alcuni hanno del libero arbitrio. D'altra parte, la maggior parte dei filosofi concorda anche sul fatto che l'indeterminismo della meccanica quantistica non conferisca il libero arbitrio. Quindi, in sostanza, non importa, il libero arbitrio non ha senso se la meccanica quantistica abbia o meno una radice deterministica. Ma questa domanda, in un certo senso filosofica, in realtà non è il motivo per cui 't Hooft parli di libero arbitrio. Ne parla perché una qualche nozione di "libero arbitrio" è un
4:44 presupposto per la più famosa dimostrazione che la meccanica quantistica sia presumibilmente corretta. Questa famosa dimostrazione è quella che ha ricevuto il Premio Nobel nel 2022, e sì, sto parlando di Test del teorema di Bell. Il teorema di Bell afferma che una teoria deterministica, che è locale, quindi come vuole 't Hooft, - date certe ipotesi aggiuntive - obbedirà a una disuguaglianza per le correlazioni tra certi risultati di misurazione. Gli esperimenti violano questa disuguaglianza. Quindi, la stragrande maggioranza dei fisici conclude che una teoria deterministica e locale non può spiegare le nostre osservazioni. Ma 't Hooft afferma che il problema sono le ipotesi aggiuntive al teorema di Bell, una delle quali è che gli sperimentatori possono scegliere liberamente cosa misurare.
5:32 Ed è qui che entra in gioco il libero arbitrio. 't Hooft sottolinea che in una teoria completamente deterministica, qualsiasi scelta dello sperimentatore è stata anch'essa determinata. Tutto ciò che è accaduto, accade e accadrà era già codificato nelle condizioni iniziali del Big Bang. Se non eri presente al Big Bang, è un peccato, è stato un evento notevole. Ma non preoccuparti, non hai bisogno di sapere cosa è successo. L'unica cosa importante è che queste informazioni esistano, perché questo spiega perché il risultato della misurazione si adatti sempre alle impostazioni di misurazione. 't Hooft non si scusa affatto per il suo rifiuto del libero arbitrio. Scrive: "Che ci piaccia o no, le azioni [dello sperimentatore] sono determinate dalle leggi della fisica... Le loro decisioni, logicamente,
6:20 affondano le radici nel lontano passato, risalendo fino al Big Bang". Ma cosa significa? Cosa è stato determinato esattamente? Ciò che è stato determinato è che l' esperimento e il sistema che si stava osservando devono essere correlati con ciò che si misura. E queste correlazioni devono essere state già presenti nello stato iniziale dell'universo. A questo proposito, 't Hooft scrive: "È chiaramente una correlazione misteriosa, ma non è in contrasto con ciò che sappiamo delle leggi della fisica". Questo è il punto importante della proposta di 't Hooft e di ciò che a volte è stato definito "superdeterminismo": la decisione di ciò che si misura è correlata allo
7:06 stato del sistema che si misura. Non si tratta di causalità. Non è che la funzione d'onda di un elettrone faccia girare una manopola a un fisico delle particelle. È solo che le leggi della natura sono tali che le due cose devono sempre combaciare. 't Hooft pensa anche che la questione del libero arbitrio nella meccanica quantistica sia in un certo senso una falsa pista, perché in realtà stiamo parlando solo di un modello matematico che ci aiuta a fare previsioni. Come scrive: "la nozione di 'libero arbitrio' deve essere sostituita con l'idea che un modello utile della Natura dovrebbe fornire previsioni corrette". In termini un po' più tecnici, 't Hooft afferma quanto segue: la funzione d'onda che usiamo nella meccanica quantistica va benissimo
7:53 per *descrivere cosa sta succedendo. Ma non è *reale. Esiste tuttavia un'altra funzione d'onda che è reale. La chiama "ontologica". E questa funzione d'onda è quella che dà sempre una probabilità del 100% di ottenere un particolare risultato di misurazione. In particolare, gli stati che consideriamo classici non quantistici sono ontologici, sono reali. Un gatto morto è reale, un gatto vivo è reale, ma un gatto morto e vivo non è reale, secondo la teoria di 't Hooft. Quindi, non dice che la meccanica quantistica che usiamo attualmente sia sbagliata. È solo che la interpretiamo nel modo sbagliato. Quando impostiamo un esperimento e
8:38 ne scriviamo la funzione d'onda, questa funzione d'onda non descrive lo stato "reale" effettivo del sistema. Descrive le probabilità che quello stato reale possa essere, perché ci mancano informazioni. E tutto questo sembra molto bello e ragionevole, ma il prezzo da pagare è la necessità di questa correlazione tra ciò che si sta per misurare e ciò che si misura di esso. Il libro di 't Hooft si intitola "Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics". Ma non ho detto nulla sugli automi cellulari, quindi di cosa si tratta? Gli automi cellulari sono ciò che, secondo 't Hooft, costituisce la base deterministica della fisica quantistica. Un automa cellulare è un oggetto compatto e localizzato che si muove
9:28 a passi temporali discreti. Un automa cellulare può interagire con i suoi vicini e sappiamo che questo può dare origine a caratteristiche emergenti sorprendentemente complesse. Stephen Wolfram, la cui teoria del tutto abbiamo discusso nel video precedente, utilizza anche una versione di automi cellulari. Per 't Hooft, la cosa rilevante è che gli automi cellulari interagiscono solo con i loro vicini, hanno quella che chiamiamo un'interazione del vicino più prossimo. Questo è importante per gli scopi di 't Hooft perché, ricordiamo, vogliamo avere una teoria locale, non più veloce della luce. Gli automi cellulari di 't Hooft sono fondamentalmente versioni quantistiche di ingranaggi. Pensa che qualcosa del genere sia ciò di cui l'universo è in definitiva composto,
10:18 una versione estremamente piccola di questo, alla scala di Planck. "Immaginate uno schermo che mostri l'evoluzione del nostro automa cellulare. Immaginiamo che i suoi pixel abbiano all'incirca le dimensioni di una lunghezza di Planck, 10⁻³³ cm". Quindi gli automi cellulari sono ridicolmente piccoli e si combinano insieme dando origine a quelle che chiamiamo particelle e presumibilmente allo spazio stesso. E poiché pensa che la natura ultima della realtà abbia a che fare con la scala di Planck, è anche il motivo per cui pensa che i computer quantistici alla fine si esauriranno. Questo perché devono accontentarsi di questi stati ontologici nell'automa cellulare, e questi sono molti meno
11:06 di quanti i fisici attualmente credano "siano reali". Scrive: "Scomporre un numero con milioni di cifre nei suoi fattori primi non sarà possibile... Se gli ingegneri riusciranno mai a realizzare tali computer quantistici, mi sembra che la teoria dell'automa cellulare sia falsificata". Se hai già dimenticato metà di quello che ho detto, questo video include un quiz che ti permette di verificare quanto ricordi. Ok, quindi questo è quello che dice 't Hooft, ora lascia che ti dica cosa ne penso. Prima di tutto, penso che stia mescolando due idee diverse. Una è questa idea degli stati ontologici e di come formulare una teoria locale e deterministica
11:51 che sia alla base della fisica quantistica. L'altra è la questione degli automi cellulari. Non sono particolarmente entusiasta degli automi cellulari perché qualsiasi cosa discreta, sia nello spazio che nel tempo, violerebbe le simmetrie delle teorie di Einstein, ed è molto difficile farla funzionare senza entrare in palese conflitto con i dati già acquisiti. 't Hooft lo sa, ovviamente, ma credo che il problema sia più serio di quanto non faccia sembrare. Il fatto che gli automi cellulari discreti abbiano questo problema con le simmetrie delle teorie di Einstein è il motivo, credo, per cui Stephen Wolfram ha iniziato a usare questi ipergrafi. Questi hanno una regola di aggiornamento molto più complessa rispetto ai passi nel tempo, e sono compatibili con le teorie di Einstein.
12:41 Ora, per quanto riguarda l'idea di 't Hooft sugli stati ontologici. Sì, penso che si possa realizzare. Ma in tutta onestà, non ne vedo l' utilità pratica. Perché non spiega cosa siano gli stati ontologici o come si possa mai capire cosa siano. E senza questo, non si può fare nulla con questa idea. Ora, guarda, quello che ho appena detto potrebbe essere sbagliato e forse ha risolto un grosso problema. È solo che siamo tutti troppo stupidi per capirlo. Ma a livello pratico, non so cosa fare con questa interpretazione. Comunque sia, penso che sia una proposta molto interessante. Come minimo, è una nuova prospettiva su un vecchio problema. È anche una storia un po' triste, perché le idee di 't Hooft sulla fisica quantistica sono state
13:30 ignorate da quasi tutti i fisici. Si potrebbe pensare che qualcuno con le credenziali di 't Hooft avrebbe la possibilità che le sue idee venissero prese sul serio. Ma evidentemente no. Quindi, cosa ne pensi? L'idea di 't Hooft ha più senso della fisica quantistica, o sono entrambe ugualmente incomprensibili? Fammelo sapere nei commenti. Sì, ho parlato di nuovo di meccanica quantistica. Sapevi che ho un corso sulla meccanica quantistica che puoi seguire gratuitamente su Brilliant? Il mio corso ti aiuterà a capire cos'è una funzione d'onda e qual è la differenza tra sovrapposizioni ed entanglement. Copre anche l'interferenza, il principio di indeterminazione e il teorema di Bell. Dopodiché potrai continuare
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