Wigner's Friend Paradox Revisited

Immaginate l'universo come l'ultimo, invisibile palcoscenico dove le particelle recitano i loro ruoli. Nel mondo della meccanica quantistica, le regole di questo palcoscenico sono notoriamente bizzarre. A differenza di una pallina da baseball che è o nel campo sinistro o in quello destro, una particella quantistica può trovarsi in una "sovrapposizione", che è come essere in entrambi i campi contemporaneamente finché qualcuno non guarda. Questo "guardare" è chiamato misurazione, e nelle regole standard del gioco, l'atto di guardare costringe la particella a scegliere un singolo punto, un processo spesso chiamato "collasso della funzione d'onda". Ma ecco la parte complicata: cosa succede se la persona che guarda si trova all'interno di una stanza sigillata, e qualcun altro osserva dall'esterno? La particella sceglie un punto quando la persona all'interno guarda, o solo quando la persona all'esterno guarda? Questo enigma, noto come "l'Amico di Wigner", è stato un mal di testa per i fisici per decenni perché sembra suggerire che due persone possano guardare la stessa realtà e vedere due verità completamente diverse e contraddittorie. Se la scienza deve descrivere una singola realtà condivisa, questo è un problema maggiore.

Un nuovo articolo di Peter Reichert e Markus Enz suggerisce un modo per sciogliere questo nodo. Propongono una versione rivista delle regole standard che mantiene l'universo come un palcoscenico oggettivo e unico per tutti, pur ammettendo che ciò che sappiamo del palcoscenico può variare da persona a persona. Invece di far cambiare idea all'universo a seconda di chi guarda, suggeriscono che l'universo prenda una decisione nel momento in cui avviene una misurazione, anche se non c'è alcun essere umano lì a vederla. L' "amico" all'interno della stanza vede un risultato definito, e il "Wigner" all'esterno, che non ha ancora sbirciato, ha semplicemente un'informazione incompleta su quel risultato, non una realtà diversa. Trattando il collasso della funzione d'onda come un evento reale che accade al sistema stesso, piuttosto che solo un aggiornamento della nostra conoscenza, gli autori suggeriscono che possiamo porre fine alle contraddizioni. Dimostrano che se si seguono queste regole modificate, la matematica funziona senza i paradossi, e prevedono persino che le probabilità di certi esiti sarebbero leggermente diverse rispetto ad altre teorie, offrendo un modo per testare chi abbia ragione in futuro.

La storia dell'Amico e dello Spettatore

Per capire cosa stiano facendo Reichert ed Enz, giochiamo a un gioco di "Nascondino Quantistico".

Nella versione classica di questo gioco, immaginate che un amico (chiamiamola F) sia chiusa all'interno di un laboratorio isolato e insonorizzato. All'interno, ha una moneta che ruota in uno stato magico di essere sia Testa che Croce allo stesso tempo. Lancia la moneta e guarda il risultato. Nella sua mente, la monzione è sicuramente atterrata su Testa (o Croce). Lei conosce la verità.

Ora, immaginate Wigner (chiamiamolo W) che si trova fuori dal laboratorio. Non ha aperto la porta o guardato dentro. Secondo alcune vecchie regole quantistiche, poiché Wigner non ha guardato, l'intero laboratorio — compresi l'amica e la moneta — è ancora in una magica sovrapposizione di "Amica vede Testa" e "Amica vede Croce" simultaneamente. Per Wigner, l'amica è indecisa. Per l'amica, l'amica è decisa. Questo è il paradosso: due persone che guardano la stessa situazione vedono due realtà diverse.

Reichert ed Enz dicono: "Aspettate un attimo. Cambiamo le regole solo un po'".

Propongono tre idee principali per sistemare il gioco:

1. L'Universo è un Grande Film: Esiste un unico vero stato dell'universo, e non cambia in base a chi guarda. È come un film che viene proiettato su uno schermo; il film non cambia solo perché indossate occhiali 3D o siete seduti nell'ultima fila.
2. Lo "Scatto" Avviene Ovunque: Quando avviene una misurazione (come l'amica che guarda la moneta), l'universo si "schianta" in uno stato definito immediatamente. Questo accade anche se l'amica è in una stanza sigillata e nessun altro lo sa ancora. L'osservazione dell'amica causa il collasso della funzione d'onda, proprio come un evento reale.
3. La Conoscenza è Diversa dalla Realtà: Questo è l'aspetto più importante. Gli autori fanno una distinzione netta tra ciò che sta effettivamente accadendo (lo stato oggettivo) e ciò che sappiamo di esso (la nostra conoscenza). L'amica all'interno sa che la moneta è Testa. Wigner all'esterno non lo sa ancora. Ma la mancanza di conoscenza di Wigner non significa che la moneta stia ancora ruotando in aria. Significa solo che Wigner sta tirando a indovinare. Ha una probabilità del 50/50 di indovinare, ma la moneta è già appoggiata sul tavolo.

Il Gioco Esteso: Due Amici, Due Spettatori

L'articolo diventa ancora più interessante quando esamina una versione più complessa di questo gioco, proposta da altri scienziati (Frauchiger e Renner). In questa versione, ci sono due laboratori, due amici (F e F') e due spettatori (W e W'). È come un doppio gioco di nascondino dove gli amici si scambiano un biglietto segreto.

Nella vecchia versione paradossale di questo gioco, la matematica suggeriva che se tutti avessero seguito le regole della meccanica quantistica, avrebbero eventualmente raggiunto un punto in cui avrebbero concordato sulla configurazione ma avrebbero discordato sull'esito in un modo che rompe la logica. Era come un puzzle in cui i pezzi si incastravano perfettamente per tutti, tranne che l'immagine che vedevano era impossibile.

Reichert ed Enz fanno girare questo complesso scenario attraverso le loro nuove regole. Seguono lo "stato vero" dei laboratori e la "conoscenza" degli osservatori passo dopo passo.

• Passaggio 1: Il primo amico lancia una moneta quantistica. L'universo si schianta su un risultato (Testa o Croce). L'amico conosce il risultato. Gli altri osservatori non lo sanno, quindi mantengono una distribuzione di probabilità (un'ipotesi) basata su ciò che sanno.
• Passaggio 2: Il risultato della moneta determina come viene preparata una seconda particella. Il secondo amico misura questa particella. Ancora una volta, l'universo si schianta. Il secondo amico conosce il risultato. Gli altri aggiornano le loro ipotesi.
• Passaggio 3: Gli spettatori esterni (W e W') eseguono una misurazione speciale sull'intero laboratorio.

Ecco il trucco magico: Poiché gli autori assumono che la funzione d'onda sia collassata precedentemente (quando gli amici all'interno hanno effettuato le loro misurazioni), la matematica funziona diversamente rispetto alla versione paradossale. Nella versione paradossale, gli spettatori esterni assumono che i laboratori siano ancora in una sfocata sovrapposizione, il che porta a una contraddizione. Ma in questa nuova versione, i laboratori sono già in uno stato definito (anche se gli spettatori non lo sanno).

Quando elaborano i numeri, scoprono che la probabilità di ottenere una specifica combinazione "impossibile" di risultati è 1/4 (o 25%). Nella vecchia analisi paradossale, quella probabilità era calcolata come 1/12 (circa l'8,3%).

Perché Questo Conta

Gli autori non sostengono di aver risolto il mistero dell'universo per sempre. Ammettono che non sappiamo ancora esattamente come o perché la funzione d'onda collassi. Stanno trattando il "collasso" come una regola per ora, un segnaposto finché non troveremo una teoria più profonda. Ma usando questa regola, dimostrano che le spaventose contraddizioni del paradosso dell'Amico di Wigner scompaiono.

Sostengono che l'universo non ha bisogno di un osservatore cosciente per "risvegliarsi" e decidere cosa è reale. La misurazione avviene, lo stato diventa definito, e l'unica cosa che cambia per l'osservatore esterno è la sua conoscenza di quello stato.

La parte migliore? Questo non è solo un dibattito filosofico. Poiché le loro nuove regole prevedono una probabilità diversa (1/4 invece di 1/12) per certi esiti, questa idea è effettivamente testabile. Se gli esperimenti futuri potranno misurare questi specifici esiti con abbastanza precisione, potremmo essere in grado di provare se l'universo collassa quando l'amico guarda, o se aspetta lo spettatore all'esterno.

Quindi, la prossima volta che vi chiedete se un albero fa rumore quando cade in una foresta deserta, ricordate questo articolo: l'albero probabilmente fa un rumore (l'universo si schianta), ma se non siete lì per sentirlo, dovete solo indovinare quale sia stato il suono. E grazie a Reichert ed Enz, potremmo presto avere un modo per controllare se il nostro indovinare era giusto.