La Fisica e le Grandi Domande della Vita

di dott.ssa sabine hossenfelder, fisica teorica • pubblicato: maggio 2025

L’autrice, una fisica, esplora come le scoperte della fisica moderna ci aiutano a rispondere, o almeno a riflettere, sulle grandi domande della vita, quelle che un tempo erano appannaggio solo della religione o della filosofia.

punti chiave dell’indagine

• 1. Il Tempo e la Realtà

  La fisica di Einstein (la relatività) ci dice che il tempo non è una cosa universale uguale per tutti. Il tuo “adesso” può essere diverso dal mio “adesso” se ci muoviamo in modo diverso. Soprattutto, le sue teorie suggeriscono che il passato, il presente e il futuro esistono tutti allo stesso modo nel quadro dell’universo visto nel suo insieme (“universo blocco”). La nostra sensazione che l’adesso sia speciale deriva dalla nostra memoria, che registra il passato ma non il futuro.

• 2. L’Inizio e la Fine dell’Universo

  Le nostre migliori teorie descrivono bene l’universo per miliardi di anni, spiegando perché si sono formate galassie e come l’universo si è raffreddato. Ma non sappiamo davvero cosa sia successo all’inizio assoluto (il “Big Bang” come punto di singolarità matematica non ha senso fisico). Le idee attuali (come l’inflazione o le teorie cicliche) sono per lo più speculazioni, racconti moderni sulla creazione che, per ora, non possiamo dimostrare o smentire scientificamente. Anche prevedere la fine ultima dell’universo è molto incerto, perché si basa sull’assunzione che le leggi della natura non cambino mai, cosa che non possiamo dimostrare.

• 3. Perché Invecchiamo?

  Non è perché le leggi fondamentali della fisica distinguano una direzione del tempo dall’altra (a livello fondamentale, molte leggi sono “reversibili”). Invecchiamo, le cose si rompono e l’universo si espande in un certo modo a causa dell’aumento dell’entropia. L’entropia è una misura del disordine o della probabilità: i sistemi tendono a passare da stati meno probabili (più ordinati, come un uovo intero) a stati più probabili (più disordinati, come un uovo rotto). Questo aumento avviene in una sola direzione, creando la nostra “freccia del tempo”. Perché l’universso sia partito da uno stato di bassa entropia è un mistero.

• 4. Siamo Solo Insiemi di Atomi?

  Sì, noi e tutto il resto siamo fatti di particelle che seguono le leggi della fisica. Il comportamento di un oggetto complesso (come te) emerge dal comportamento delle sue parti. Questo non è solo un’idea (“riduzionismo”), ma è supportato da tantissime prove scientifiche. Tuttavia, ciò che ci rende unici non sono gli atomi stessi (li scambiamo continuamente), ma la specifica disposizione e l’interazione tra di essi – l’informazione che ci definisce. In teoria, questa “informazione” potrebbe esistere anche in un substrato fisico diverso (come dei chip di silicio invece dei neuroni), un’idea che apre alla possibilità (anche se molto lontana) di “caricare” la coscienza.

• 5. Esistono Nostre Copie?

  Alcune interpretazioni della meccanica quantistica (come l’interpretazione dei molti mondi) suggeriscono che ogni possibile esito di un evento quantistico si verifica in un universo separato. Questo implicherebbe che ci siano infinite copie di noi che vivono vite diverse. Altre idee (“multiverso”) suggeriscono che il nostro universo sia solo uno tra tanti, magari con leggi diverse. L’autrice considera queste idee “ascientifiche” – non necessariamente sbagliate, ma non verificabili e non necessarie per spiegare ciò che osserviamo nel nostro universo. Allo stesso modo, l’idea che viviamo in una simulazione al computer è considerata una speculazione affascinante ma priva di basi scientifiche solide.

• 6. La Fisica Esclude il Libero Arbitrio?

  Le leggi attuali descrivono un futuro largamente determinato (tranne per eventi quantistici casuali che non controlliamo). Questo sembra in conflitto con l’idea comune di libero arbitrio. Molti filosofi e alcuni fisici cercano di “compatibilizzare” il libero arbitrio con il determinismo, definendolo in termini di imprevedibilità o autonomia. L’autrice, invece, suggerisce che l’impressione del libero arbitrio derivi dal fatto che non possiamo prevedere perfettamente il nostro comportamento futuro, anche se è determinato.

La Fisica e le Grandi Domande della Vita

di dott.ssa sabine hossenfelder, fisica teorica • pubblicato: maggio 2025

L’autrice, una fisica, esplora come le scoperte della fisica moderna ci aiutano a rispondere, o almeno a riflettere, sulle grandi domande della vita, quelle che un tempo erano appannaggio solo della religione o della filosofia.

punti chiave dell’indagine

• 1. Il Tempo e la Realtà

  La fisica di Einstein (la relatività) ci dice che il tempo non è una cosa universale uguale per tutti. Il tuo “adesso” può essere diverso dal mio “adesso” se ci muoviamo in modo diverso. Soprattutto, le sue teorie suggeriscono che il passato, il presente e il futuro esistono tutti allo stesso modo nel quadro dell’universo visto nel suo insieme (“universo blocco”). La nostra sensazione che l’adesso sia speciale deriva dalla nostra memoria, che registra il passato ma non il futuro.

• 2. L’Inizio e la Fine dell’Universo

  Le nostre migliori teorie descrivono bene l’universo per miliardi di anni, spiegando perché si sono formate galassie e come l’universo si è raffreddato. Ma non sappiamo davvero cosa sia successo all’inizio assoluto (il “Big Bang” come punto di singolarità matematica non ha senso fisico). Le idee attuali (come l’inflazione o le teorie cicliche) sono per lo più speculazioni, racconti moderni sulla creazione che, per ora, non possiamo dimostrare o smentire scientificamente. Anche prevedere la fine ultima dell’universo è molto incerto, perché si basa sull’assunzione che le leggi della natura non cambino mai, cosa che non possiamo dimostrare.

• 3. Perché Invecchiamo?

  Non è perché le leggi fondamentali della fisica distinguano una direzione del tempo dall’altra (a livello fondamentale, molte leggi sono “reversibili”). Invecchiamo, le cose si rompono e l’universo si espande in un certo modo a causa dell’aumento dell’entropia. L’entropia è una misura del disordine o della probabilità: i sistemi tendono a passare da stati meno probabili (più ordinati, come un uovo intero) a stati più probabili (più disordinati, come un uovo rotto). Questo aumento avviene in una sola direzione, creando la nostra “freccia del tempo”. Perché l’universso sia partito da uno stato di bassa entropia è un mistero.

• 4. Siamo Solo Insiemi di Atomi?

  Sì, noi e tutto il resto siamo fatti di particelle che seguono le leggi della fisica. Il comportamento di un oggetto complesso (come te) emerge dal comportamento delle sue parti. Questo non è solo un’idea (“riduzionismo”), ma è supportato da tantissime prove scientifiche. Tuttavia, ciò che ci rende unici non sono gli atomi stessi (li scambiamo continuamente), ma la specifica disposizione e l’interazione tra di essi – l’informazione che ci definisce. In teoria, questa “informazione” potrebbe esistere anche in un substrato fisico diverso (come dei chip di silicio invece dei neuroni), un’idea che apre alla possibilità (anche se molto lontana) di “caricare” la coscienza.

• 5. Esistono Nostre Copie?

  Alcune interpretazioni della meccanica quantistica (come l’interpretazione dei molti mondi) suggeriscono che ogni possibile esito di un evento quantistico si verifica in un universo separato. Questo implicherebbe che ci siano infinite copie di noi che vivono vite diverse. Altre idee (“multiverso”) suggeriscono che il nostro universo sia solo uno tra tanti, magari con leggi diverse. L’autrice considera queste idee “ascientifiche” – non necessariamente sbagliate, ma non verificabili e non necessarie per spiegare ciò che osserviamo nel nostro universo. Allo stesso modo, l’idea che viviamo in una simulazione al computer è considerata una speculazione affascinante ma priva di basi scientifiche solide.

• 6. La Fisica Esclude il Libero Arbitrio?

  Le leggi attuali descrivono un futuro largamente determinato (tranne per eventi quantistici casuali che non controlliamo). Questo sembra in conflitto con l’idea comune di libero arbitrio. Molti filosofi e alcuni fisici cercano di “compatibilizzare” il libero arbitrio con il determinismo, definendolo in termini di imprevedibilità o autonomia. L’autrice, invece, suggerisce che l’impressione del libero arbitrio derivi dal fatto che non possiamo prevedere perfettamente il nostro comportamento futuro, anche se è determinato.

Oltre il Senso Comune: Le Stranenze della Meccanica Quantistica

a cura di archivio scientifico • pubblicato: giugno 2025

Cercherò di spiegare le idee principali dei testi in modo semplice, come se stessimo parlando di concetti interessanti emersi dalla ricerca, senza troppi dettagli tecnici.

La Mappa Quantistica: Stranenze e Dilemmi

Immagina che la Meccanica Quantistica sia la nostra migliore “mappa” per capire come funziona il mondo a livello delle particelle più piccole, come gli elettroni o i fotoni (i “pacchetti” di luce). Questa mappa è incredibilmente precisa e ci ha permesso di costruire tecnologie fantastiche. Però, le regole che descrive sono un po’ strane rispetto al nostro “senso comune”.

Due di queste stranezze principali sono:

• 1. Proprietà Indefinite Prima della Misurazione

  Le particelle sembrano non avere proprietà definite (come una posizione precisa o uno spin) finché non le misuriamo. È come se non avessero un valore finché non le “guardiamo”.

• 2. L’Entanglement: Azione Spettrale a Distanza

  Quando due particelle sono “legate” in modo speciale (chiamato **entanglement**), sembrano influenzarsi a vicenda istantaneamente, anche a grandissima distanza. Einstein lo chiamava “azione spettrale a distanza” (“spooky action at a distance”).

Queste stranezze mettono in crisi due idee che ci sembrano intuitive e fondamentali, che insieme formano il “Realismo Locale“:

• A. La Località

  Niente può influenzare qualcosa di lontano più velocemente della luce. Le influenze viaggiano nel tempo e nello spazio con velocità finita.

• B. Il Realismo

  Le cose hanno proprietà definite, concrete e “locali” anche se non le stiamo osservando o misurando. L’esito di una misurazione “rivela” una proprietà che c’era già.

Molti scienziati, tra cui Einstein, pensavano che una vera teoria fondamentale dovesse rispettare il Realismo Locale.

Il Teorema di Bell e la Falsificazione del Realismo Locale

Negli anni ’60, un fisico di nome **John Bell** trovò un modo per testare sperimentalmente il Realismo Locale. Ideò un esperimento (uno “scenario di Bell“) con particelle entangled misurate in laboratori separati (uno di Alice, uno di Bob). Il suo “Teorema di Bell” dimostra che se il Realismo Locale fosse vero, le correlazioni tra i risultati di Alice e Bob dovrebbero rispettare un certo limite (una “disuguaglianza“). Ma la Meccanica Quantistica prevede che, per le particelle entangled, le correlazioni possano essere più forti, violando questa disuguaglianza.

Gli esperimenti reali, ripetuti per decenni, hanno confermato le previsioni della Meccanica Quantistica, mostrando che le disuguaglianze di Bell vengono violate. Questo risultato fondamentale, che dimostra che il **Realismo Locale è falso**, è stato riconosciuto anche con un Premio Nobel.

Qual è il “Colpevole”: Località o Realismo?

Ma se il Realismo Locale è falso, quale parte è sbagliata? La **Località** o il **Realismo**? Un problema è che, per confrontare la teoria con gli esperimenti, si usa spesso un’ulteriore ipotesi: l’**Ergodicità**, che in parole semplici dice che le medie dei risultati misurate nel tempo equivalgono alle medie teoriche su tutte le possibilità. Quindi, la violazione di Bell falsifica Realismo Locale + Ergodicità.

Uno degli studi ha cercato di capire quale ipotesi fosse la “colpevole” analizzando la “casualità” delle serie di dati sperimentali:

• Se fosse falsa la Località:

  i dati dovrebbero essere molto casuali per evitare di inviare segnali più veloci della luce.

• Se fosse falsa l’Ergodicità:

  i dati mostrerebbero pattern, non essendo casuali.

• Se fosse falso il Realismo:

  non c’è una ragione specifica per cui i dati debbano essere casuali o non casuali.

L’esperimento ha misurato la casualità in diverse condizioni e ha osservato che il livello di casualità non cambiava in modo significativo a seconda della distanza o del momento della misurazione. Secondo gli autori, questo risultato è coerente con l’idea che sia il **Realismo ad essere falso** (cioè, le proprietà non esistono definite prima della misurazione), mentre non hanno trovato prove contro Località o Ergodicità. Questa conclusione è in linea con la visione prevalente in Meccanica Quantistica (l’interpretazione di Copenhagen).

Teorie Alternative e Loro Limiti

Alcuni scienziati, non convinti dalla stranezza quantistica, hanno cercato teorie alternative con “variabili nascoste”, per riportare il Realismo o il determinismo (l’idea che tutto sia predeterminato). Un esempio famoso è la teoria dell’onda pilota di Bohm, che aggiunge particelle reali guidate da un’onda. Tuttavia, anche queste teorie, per accordarsi con i risultati sperimentali che violano Bell, devono rinunciare alla **Località** (teorie non-locali) e/o alla nostra idea classica di proprietà (teorie contestuali). Nonostante siano logicamente possibili, i testi riportano che la comunità scientifica prevalente non le ha adottate, a volte per ragioni di semplicità percepita, a volte per mancanza di nuove previsioni verificabili, o anche per fattori sociali. Il teorema di Bell stesso dimostra che le teorie a variabili nascoste locali sono incompatibili con le previsioni quantistiche.

Un altro studio ha esplorato se si potessero descrivere alcuni semplici effetti quantistici (come l’interferenza di una singola particella) usando la matematica classica ma estesa con numeri “complessi” (che includono la radice di -1). Hanno scoperto che, a livello formale, puoi imitare alcuni comportamenti di una singola particella quantistica. Ma un sistema classico così esteso non è un vero sistema quantistico, in particolare perché **non può replicare l’entanglement**. Questo rafforza l’idea che l’entanglement sia una caratteristica davvero non classica e fondamentale.

Verso una Nuova Comprensione della Realtà

Infine, i testi toccano anche l’idea che la Meccanica Quantistica e la Relatività Generale (la mappa per la gravità e lo spazio-tempo su larga scala) sono approssimazioni e abbiamo bisogno di una teoria più fondamentale che le unisca, chiamata Gravità Quantistica. Inoltre, le stranezze quantistiche portano a riflettere su concetti come la coscienza, il libero arbitrio e la prevedibilità del comportamento umano, suggerendo che forse anche a questi livelli la nostra intuizione classica non è sufficiente.

La Contestualità in Meccanica Quantistica

a cura di archivio scientifico • pubblicato: giugno 2025

Sì, il concetto di contestualità è ampiamente discusso nei testi forniti e nella nostra conversazione.

Punti Chiave sulla Contestualità

Ecco i punti chiave relativi alla contestualità emersi dalle fonti:

• 1. Cosa si intende per Contestualità

  In termini semplici, la **contestualità** è l’idea che certe proprietà di un sistema quantistico (o, più specificamente, delle ipotetiche “variabili nascoste” che le determinano) dipendono dall’intero setup sperimentale e dalla situazione in cui vengono misurate, e non solo dal sistema stesso. Ciò include gli strumenti di misurazione e come sono impostati, anche a distanza.

• 2. Importanza per le Teorie a Variabili Nascoste

  La contestualità viene presentata come una delle due caratteristiche (insieme alla **non-località**) che le teorie che cercano di reintrodurre una visione più “classica” della fisica quantistica (le **teorie a variabili nascoste**) devono possedere per concordare con i risultati degli esperimenti. Anzi, viene affermato che qualunque teoria a variabili nascoste “ammissibile” deve essere contestuale.

• 3. Dimostrazione (Teorema di Kochen-Specker)

  Uno dei testi menziona esplicitamente che esistono dimostrazioni (in particolare legate al **teorema di Kochen-Specker**, a volte chiamato teorema di Bell-KS o semplicemente KS-theorem) che provano che non è possibile definire un valore preesistente per tutte le proprietà di un sistema quantistico in modo indipendente dal contesto di misurazione. Le proprietà assegnate a queste variabili nascoste devono dipendere dal contesto.

• 4. Esempio (Teoria di Bohm)

  La **teoria dell’onda pilota di Bohm** è citata come un esempio paradigmatico di teoria a variabili nascoste che è esplicitamente contestuale. La sua “onda guida” (l’onda pilota) che determina il movimento delle particelle reali dipende dall’intera configurazione sperimentale e persino dall’ambiente.

• 5. Relazione con la Non-Località

  Il concetto di contestualità è strettamente legato alla **non-località**, e a volte possono essere confusi. Tuttavia, le fonti sottolineano l’importanza di distinguerli. Entrambi emergono dalle violazioni delle disuguaglianze derivate da principi classici come il **Realismo Locale**. La contestualità, in particolare, è legata al fatto che l’assunzione di non-contestualità non si riduce semplicemente all’assunzione di località.

• 6. Contestualità e Violazione di Bell

  Nel contesto degli esperimenti di **Bell**, la contestualità è vista come l’alternativa al Realismo non contestuale. Uno degli studi, analizzando la casualità dei dati sperimentali, suggerisce che la violazione di Bell è coerente con la falsità del **Realismo** (come definito per derivare le disuguaglianze, che implica l’esistenza di variabili nascoste non contestuali). In altre parole, l’evidenza sperimentale sembra puntare verso un mondo in cui le proprietà sono contestuali (non “realmente” predefinite indipendentemente dalla misurazione e dal suo contesto).

La Contestualità in Meccanica Quantistica

a cura di archivio scientifico • pubblicato: giugno 2025

Sì, il concetto di contestualità è ampiamente discusso nei testi forniti e nella nostra conversazione.

Punti Chiave sulla Contestualità

Ecco i punti chiave relativi alla contestualità emersi dalle fonti:

• 1. Cosa si intende per Contestualità

  In termini semplici, la **contestualità** è l’idea che certe proprietà di un sistema quantistico (o, più specificamente, delle ipotetiche “variabili nascoste” che le determinano) dipendono dall’intero setup sperimentale e dalla situazione in cui vengono misurate, e non solo dal sistema stesso. Ciò include gli strumenti di misurazione e come sono impostati, anche a distanza.

• 2. Importanza per le Teorie a Variabili Nascoste

  La contestualità viene presentata come una delle due caratteristiche (insieme alla **non-località**) che le teorie che cercano di reintrodurre una visione più “classica” della fisica quantistica (le **teorie a variabili nascoste**) devono possedere per concordare con i risultati degli esperimenti. Anzi, viene affermato che qualunque teoria a variabili nascoste “ammissibile” deve essere contestuale.

• 3. Dimostrazione (Teorema di Kochen-Specker)

  Uno dei testi menziona esplicitamente che esistono dimostrazioni (in particolare legate al **teorema di Kochen-Specker**, a volte chiamato teorema di Bell-KS o semplicemente KS-theorem) che provano che non è possibile definire un valore preesistente per tutte le proprietà di un sistema quantistico in modo indipendente dal contesto di misurazione. Le proprietà assegnate a queste variabili nascoste devono dipendere dal contesto.

• 4. Esempio (Teoria di Bohm)

  La **teoria dell’onda pilota di Bohm** è citata come un esempio paradigmatico di teoria a variabili nascoste che è esplicitamente contestuale. La sua “onda guida” (l’onda pilota) che determina il movimento delle particelle reali dipende dall’intera configurazione sperimentale e persino dall’ambiente.

• 5. Relazione con la Non-Località

  Il concetto di contestualità è strettamente legato alla **non-località**, e a volte possono essere confusi. Tuttavia, le fonti sottolineano l’importanza di distinguerli. Entrambi emergono dalle violazioni delle disuguaglianze derivate da principi classici come il **Realismo Locale**. La contestualità, in particolare, è legata al fatto che l’assunzione di non-contestualità non si riduce semplicemente all’assunzione di località.

• 6. Contestualità e Violazione di Bell

  Nel contesto degli esperimenti di **Bell**, la contestualità è vista come l’alternativa al Realismo non contestuale. Uno degli studi, analizzando la casualità dei dati sperimentali, suggerisce che la violazione di Bell è coerente con la falsità del **Realismo** (come definito per derivare le disuguaglianze, che implica l’esistenza di variabili nascoste non contestuali). In altre parole, l’evidenza sperimentale sembra puntare verso un mondo in cui le proprietà sono contestuali (non “realmente” predefinite indipendentemente dalla misurazione e dal suo contesto).