È la realtà quantistica a plasmare lo scienziato, e non il contrario

Durante un'esibizione rock adolescenziale che doveva essere il momento decisivo della sua carriera, un giovane chitarrista alzò il suo amplificatore al massimo, sperando in un muro di suono che avrebbe consacrato la sua leggenda locale. Invece, saltò il fusibile. Il silenzio che seguì non fu di quelli profondi; fu quello imbarazzante che accompagna il fallimento tecnico sotto le luci della ribalta. Per anni, quel musicista — diventato poi il fisico di Oxford Vlatko Vedral — si è chiesto se fosse stato semplicemente proiettato in una versione "sfortunata" dell'universo. Nel mondo della fisica classica, un fusibile salta o non salta. Nel mondo quantistico, sostiene ora Vedral, la faccenda è molto più affollata.

La narrazione standard della meccanica quantistica, spesso insegnata come una serie di paradossi strani ma definiti, pone solitamente l'osservatore umano al centro della scena. Ci viene detto che le particelle esistono in uno stato confuso di molte possibilità — sovrapposizione — finché una persona non le osserva, momento in cui la funzione d'onda "collassa" in una singola, noiosa realtà. Vedral, docente di scienza dell'informazione quantistica a Oxford, fa parte di un crescente contingente che trova questa visione antropocentrica non solo confusa, ma probabilmente errata. La sua tesi capovolge il copione: non è l'umano a far collassare la realtà, ma la realtà a creare entanglement con l'umano, ramificandolo in versioni multiple che potrebbero ancora, in condizioni molto specifiche, sussurrarsi a vicenda attraverso il vuoto del multiverso.

Il mito dell'osservatore privilegiato

L'"effetto osservatore" è da tempo il beniamino di speculatori metafisici e scrittori New Age che sostengono che la coscienza umana crei il mondo. Per un fisico fondato sulla rigorosa matematica della teoria dell'informazione, questa è una fonte di costante frustrazione. Il problema con l'interpretazione standard di Copenaghen — l'idea che l'osservazione causi il collasso — è che non definisce mai cosa sia effettivamente un "osservatore". Richiede un dottorato? Un cervello? Un'ameba unicellulare? Un sensore al silicio?

Questa è più di una semplice preferenza filosofica. Rappresenta uno spostamento dal vedere l'osservatore come un "controllore" di eventi al vederlo come un componente all'interno di un sistema deterministico più ampio. Nel panorama della ricerca europea, dove il programma Quantum Flagship sta investendo miliardi nello sviluppo di sensori e orologi quantistici, questa distinzione è importante. Se assumiamo che l'osservatore sia una magica entità esterna, perdiamo di vista la realtà ingegneristica: ogni parte di un computer quantistico sta "osservando" ogni altra parte, portando al rapido decadimento dell'informazione quantistica noto come decoerenza. La lotta della fisica moderna non riguarda solo il rendere le cose piccole; riguarda l'impedire loro di "vedere" il resto della stanza.

Quante versioni di Bob servono per vedere un fotone?

Per ancorare tutto ciò alla fisica, Vedral usa l'esempio di un uomo chiamato Bob. Quando un fotone colpisce gli occhiali da sole di Bob, esiste in una sovrapposizione. L'interazione meccanica tra il fotone e le molecole del vetro, e successivamente i neuroni nella retina di Bob, crea una catena di entanglement. È ciò che i fisici chiamano "catena di von Neumann". Lo stato del fotone è ora legato allo stato dell'occhio, che è legato allo stato del cervello.

Fondamentalmente, Vedral sostiene che questa catena non si ferma al cranio. Si estende all'ambiente. Il motivo per cui non sentiamo di ramificarci in versioni multiple ogni secondo è dovuto alla pura complessità di queste interazioni. Una volta che le informazioni su quel fotone si disperdono nelle molecole d'aria e nelle assi del pavimento, le diverse versioni di "Bob" diventano così distinte da non poter più interagire. Perdono "coerenza".

Tuttavia, il cuore matematico della tesi di Vedral è che questi rami non siano del tutto disconnessi. In un ambiente altamente controllato — uno che assomiglia più a un refrigeratore a diluizione in un laboratorio a Garching che a un concerto rock a Londra — è teoricamente possibile che questi rami interferiscano tra loro. È il fenomeno dell'interferenza quantistica, in cui due percorsi di una particella possono annullarsi o rinforzarsi a vicenda. Vedral suggerisce che se questo vale per le particelle, deve, in linea di principio, valere per le versioni di "te" che sono in entanglement con esse.

L'esperimento di Alice e la cancellazione della memoria

L'aspetto più controverso di questa teoria riguarda la possibilità di invertire queste interazioni. Immaginiamo un secondo osservatore, Alice, che abbia la capacità di manipolare Bob e il fotone come se fossero un unico sistema quantistico. Se Alice potesse invertire perfettamente l'entanglement tra Bob e la luce, potrebbe effettivamente "annullare" l'osservazione di Bob. Dal punto di vista di Bob, non avrebbe memoria dell'evento, ma la matematica quantistica sottostante suggerisce che entrambe le realtà possibili dovevano esistere affinché l'inversione avesse successo.

Questa è essenzialmente una versione macroscopica dell'Amico di Wigner, un esperimento mentale recentemente testato in contesti di laboratorio su piccola scala. Esperimenti all'Università di Edimburgo e altrove hanno dimostrato che due osservatori diversi possono effettivamente non essere d'accordo sul "fatto" che un evento si sia verificato, ed entrambi possono essere matematicamente corretti. Non si tratta solo di un fallimento della comunicazione; è una caratteristica fondamentale del panorama quantistico.

Per la politica industriale, è qui che la teoria si scontra con la pratica. L'investimento europeo nelle comunicazioni quantistiche — come l'iniziativa EuroQCI — si basa sul principio che l'informazione quantistica non possa essere copiata o osservata senza essere alterata. Se Vedral ha ragione, e l'"osservazione" è solo un tipo specifico di entanglement che potrebbe, in teoria, essere manipolato o addirittura aggirato da osservatori di ordine superiore, le nostre attuali assunzioni sulla sicurezza assoluta delle reti quantistiche potrebbero un giorno dover essere riesaminate. Se puoi annullare l'osservatore, puoi annullare la sicurezza?

La realtà dell'universo sfortunato

Lo scetticismo verso il modello dei "molti me" di Vedral arriva spesso dagli sperimentatori. Nei corridoi del Max Planck Institute o nelle cleanroom di Bosch, l'attenzione è rivolta a mitigare il rumore, non a contemplare l'interferenza di sé stessi alternativi. L'universo è incredibilmente "irregolare" e rumoroso. La probabilità che una versione di te proveniente da un "universo fortunato", in cui l'amplificatore non è saltato, influenzi effettivamente il tuo attuale stato fisico è così infinitesimale da richiedere molti più zeri di quanti siano gli atomi nel mondo visibile.

Eppure, Vedral sostiene che ignorare questi rami sia un errore logico. Solo perché non possiamo misurare facilmente gli altri rami non significa che non facciano parte della descrizione funzionale della realtà. Vede l'universo come un computer gigante — una prospettiva condivisa dal suo collega di Oxford David Deutsch. In questa visione adiacente alla "Teoria del Costruttore", la fisica non riguarda ciò che accade, ma quali trasformazioni sono possibili e perché. Se esiste una versione di te in cui hai fatto una scelta diversa, quella possibilità è insita nelle condizioni iniziali dell'universo.

Esiste una tensione intrinseca qui tra la scuola britannica di fisica teorica, che spesso pende verso queste interpretazioni vaste e onnicomprensive della realtà, e l'approccio più pragmatico e orientato all'ingegneria degli hub quantistici del Reno-Ruhr. Mentre Oxford riflette se il cervello di Bob sia una funzione d'onda quantistica, gli ingegneri tedeschi sono impegnati a garantire che un bit quantistico possa rimanere stabile per più di pochi microsecondi a quattro Kelvin. Entrambi sono necessari, ma parlano lingue diverse.

L'aneddoto della band rock di Vedral serve a ricordare che la scienza spesso inizia con un senso personale di ingiustizia: la sensazione che le cose sarebbero dovute andare diversamente. La meccanica quantistica, nel suo racconto, è l'unico ramo della scienza che consente effettivamente a quel "diversamente" di esistere. Suggerisce che la realtà non sia un singolo sentiero attraverso una foresta, ma l'intera foresta stessa, e noi siamo solo troppo impegnati a guardare i nostri piedi per vedere le altre versioni di noi che camminano tra gli alberi.

In definitiva, l'idea che un'altra versione di te stia plasmando la tua realtà rimane un'ipotesi non dimostrata, e forse non dimostrabile. Si colloca ai confini di ciò che possiamo definire scienza, proprio perché le "altre versioni" sono, per definizione, inaccessibili. Tuttavia, man mano che ci avviciniamo alla costruzione di sistemi quantistici su larga scala che coinvolgono milioni di particelle intrecciate, potremmo scoprire che il confine tra un "esperimento di laboratorio" e una "versione della realtà" inizia a sbiadire. Per ora, il fusibile rimane saltato. Oxford ha la teoria, ma il resto del mondo sta ancora aspettando una versione dell'esperimento che funzioni davvero.