domenica, febbraio 17, 2013

Indeterminazione: imprecisione o ritardo?

Uno dei pilastri su cui poggia la meccanica quantistica è il principio di indeterminazione di Heisenberg che dice, semplificando al massimo, che nonostante ogni nostro sforzo non potremo mai conoscere con precisione e contemporaneamente tutte le caratteristiche di una particella elementare: un grosso shock per i deterministi dei secoli passati che pensavano un giorno di poter prevedere ogni futuro possibile semplicemente conoscendo lo stato iniziale di ogni particella di un sistema, facendolo poi evolvere secondo le leggi della fisica. In pratica tale principio, se vogliamo ricondurlo alla realtà quotidiana, esprime l'incertezza di fondo in cui siamo immersi: per quanto possano essere accurate le previsioni del tempo non saranno mai affidabili al 100%, prevedere chi vincerà le elezioni sarà sempre impossibile e nonostante ogni sforzo la moneta cadrà sulla testa o sulla croce senza poter dire nulla di più che ciò succederà, dopo infiniti lanci, la metà delle volte da un lato e la metà dall'altro.
Ma tale principio è frutto della nostra incapacità di costruire strumenti più precisi e simulatori più sofisticati oppure è una caratteristica della natura in cui siamo immersi?
La risposta, secondo l'interpretazione classica, è che l'indeterminazione non è superabile perché costituisce una proprietà intrinseca del mondo delle particelle e nonostante si possa prevedere il comportamento delle particelle tramite calcoli probabilistici (proprio come nel caso del lancio della moneta) rimarremo sempre all'oscuro, o meglio conosceremo con un certo grado di incertezza, le sue proprietà in un dato istante (per esempio velocità e posizione).


L'origine di tale imprecisione nasce fondamentalmente dalla impossibilità di misurare senza interagire e, come nell'esempio fatto qualche settimana fa sul termometro, di modificare lo stato del sistema che vogliamo esplorare; in realtà potrebbero esistere anche altri limiti alla nostra conoscenza della natura e vorrei tentare di fare un esempio che può essere applicato sia al macro che al microcosmo.


Sappiamo che la luce che ci giunge dalla spazio per impressionare il cielo notturno con la miriade di puntini che osserviamo, ha viaggiato nello spazio siderale per svariato tempo prima di poter essere intravista dai nostri occhi e dagli strumenti astronomici; questo viaggio può durare minuti, come nel caso del Sole, anni come per Proxima Centauri, miliardi di anni come per la luce più fioca e lontana che riusciamo a misurare. La prima conseguenza di questi tempi di percorrenza è che la luce che vediamo rappresenta un immagine passata degli oggetti che l'hanno emessa; la seconda conseguenza è che potrebbero esserci oggetti così lontani che la luce da essi emanata non ci giungerà mai e che quindi non avremo mai informazioni relative a tali manifestazioni della natura.
Quindi il confine dell'universo a noi visibile, che dista circa 14 miliardi di anni luce, non è solo un confine ottico, ma anche una barriera alla conoscenza di eventuali altri fenomeni presenti nell'universo.

E nel microuniverso? Chi si muove attraverso internet negli svariati mondi di social network, game online, chat, ma anche  chi usa reti di comunicazione per lavoro, avrà sentito parlare di "lag" telematico cioè di ritardo; nella pratica il lag è il tempo che intercorre in una comunicazione tra l'invio di un dato ed il ritorno della conferma che tale dato è stato ricevuto: l'effetto è particolarmente fastidioso quando si gioca online perché l'azione che compie il mio avatar, cioè il comando che invio dalla mia tastiera, avrà rispondenza sul monitor (il segnale di ritorno) solo qualche istante dopo, creando un ritardo tra ciò che faccio e ciò che vedo. Se poi stiamo cercando di colpire virtualmente un bersaglio in movimento, la frustrazione crescerà all'aumentare del tempo di ritardo perché il punto che cercavo di colpire si sarà spostato nel lasso di tempo in cui il mio comando sia arrivato a destinazione: quindi dove mirare? Basterebbe conoscere la traiettoria precisa del nostro bersaglio e si potrebbe tentare di anticipare il colpo per annullare l'effetto del lag, un po' come fanno i tiratori scelti che nella realtà mirano uno spazio in avanti per tener conto della velocità del colpo e del obiettivo, ma siccome nel nostro gioco virtuale non conosciamo la regola che descrive il movimento del bersaglio, saremo costretti a mirare in un intorno della posizione sperando che il bersaglio si sposti proprio da quella parte. Ancora più semplicemente, in una conversazione telefonica via web, se non sappiamo quando il nostro interlocutore avrà finito di parlare, se il tempo di latenza è elevato, finiremo per parlarci uno sopra l'altro perché non abbiamo fissato una regola che ci faccia capire quando è il nostro turno di parlare (nelle comunicazioni radio si usava il "passo") e ci sarà una perdita di informazione legata alla sovrapposizione delle parole.
Nella realtà fisica esiste un lag implicito, non eliminabile, che è definito dalla distanza tra macro realtà di noi osservatori e misuratori nei confronti di un minuscolo pezzetto di materia di cui non conosciamo le proprietà di partenza: possiamo usare particelle per esplorare altre particelle, possiamo aumentare l'energia di dette particelle e frantumarle contro loro simili, possiamo sparare a caso e ricostruire la probabilità con cui la particella si sposta, ma sempre a che fare con particelle dovremo.
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