Introduzione alla sovrapposizione quantistica

Introduzione alla sovrapposizione quantistica

Introduzione: Allan Adams professore del Mit in questa prima lezione di un corso introduttivo di Meccanica Quantistica riesce nel compito impossibile di spiegare il fondamento del comportamento quantistico con un dialogo “socratico” senza nessun uso di matematica.

Cose da fare:Si tratta della registrazione video di una lezione di un corso di Meccanica Quantistica   tenuto nel 2013 al MIT .  E’ possibile scaricare una trascrizione in inglese (Transcript sotto) .

Cosa succede: La lezione vera e propria comincia dopo 9’42 (su youtube potete saltare direttamente all’inizio).

Il problema con la meccanica quantistica e’ che e’ difficile acquistare il tipo di intuizione che vi permette di immedesimarvi in un oggetto quantistico come un elettrone. Per cercare di creare questo tipo di intuizione Adams introduce un oggetto fittizio e(lettrone) che ha solo due proprieta’ : il colore B(lack) o W(hite) e  hardness H(ard) o S(oft). Nient’altro. Un elettrone o e’ bianco o e nero mai di un altro colore. Cosi’ per l’hardness.

 

In pratica possiamo costruire degli strumenti di misura del colore e dell’hardness con un’entrata e due uscite. Nella scatola del colore le due uscite indicano che l’elettrone e’ bianco o nero. Analogamente per la scatola dell’hardness. Inoltre un semplice esperimento mostra che se un elettrone e’ bianco continua ad essere bianco se ripetiamo la misura.

Invece non c’e’ nessuna correlazione tra le due proprieta’. Un elettrone bianco misurato con una scatola dell’hardness risulta 50% H e il 50% S

 

Ed ecco il primo esperimento dai risultati sorprendenti: se usiamo le tre scatole sopra i risultati della terza scatola non sono 100% bianchi ma 50%bianchi e 50%neri. Da questo esperimento si deduce che e’ impossibile costruire una scatola che misura sia il colore che l’hardness (Principio di indeterminazione) e che i risultati di un esperimento quantistico sono probabilistici (l’elettrone per decidere nella terza scatola se diventare bianco o nero lancia una moneta!).

Ora Adams introduce un’apparecchiatura leggermente piu’ complicata che permette agli elettroni che hanno diversa hardness di seguire due vie diverse e poi uscire dallo stesso punto. Per capire meglio l’esperimento che facciamo dobbiamo tener conto del fatto che noi non vediamo l’interno della scatola che contiene l’apparecchiatura e dobbiamo predire cosa succede all’uscita. Nel primo esperimento tutti gli elettroni in ingresso sono bianchi e dobbiamo predire la loro hardness in uscita: facile 50%H, 50% S

 

Nel secondo esperimento abbiamo un elettrone H in ingresso e dobbiamo prevedere il colore : facile 50% bianco 50% nero

Ed ecco ora qualcosa di strano: in ingresso abbiamo elettroni bianchi e dobbiamo predire il colore in uscita. 100% bianchi! Il problema per cui questo risultato va contro l’intuizione e’ che noi ragionamo pensando che l’elettrone faccia o una strada o l’altra. Invece nella scatola chiusa l’elettrone fa ambedue le strade : e’ questa la sovrapposizione quantistica.

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Il materiale ha come indirizzo http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-04-quantum-physics-i-spring-2013/other/lecture-1/ e fa parte della raccolta Quantum Physics I

Il suo autore e’ Allan Adams

Titolo in inglese: Lecture 1: Introduction to Superposition

Ricerca di pagine che hanno link a questo materiale .

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