di Gianfranco Costa

Premessa

In un mio precedente articolo (Collassando ipotesi) motivavo il mio sogno di “poter modificare l’equazione di Schrödinger aggiungendo la coscienza come fattore determinante del passaggio da onda a particella. Modificare l’equazione di Dirac per dire quando l’elettrone smette di comportarsi come onda e comincia ad agire come particella per effetto della coscienza”.

Concludevo l’articolo domandando: “C’è qualche matematico o qualche fisico teorico in ascolto?”.

Beh, nel caso ci fossero, ho ideato un esperimento per provare se sia effettivamente la coscienza a determinare il collasso della funzione d’onda, in modo tale che sia possibile verificare la mia ipotesi attraverso una prova concreta.

Quello di cercare una maniera di applicare un metodo formalmente sensato e strutturato attraverso un esperimento concreto, mi rendo conto, è qualcosa di potenzialmente dirimente per assumere una postura positiva ma anche rischioso: sono cosciente (!) del fatto che l’esperimento, in quanto tale, potrebbe fallire, dimostrando che coscienza e fisica quantistica non hanno nulla da spartire. Tenendo in considerazione il mio sogno, questo approccio è sicuramente almeno potenzialmente pericoloso; ma siccome credo nella scienza, profondamente e in maniera ferma, non posso esimermi dall’accettare il rischio.

Insomma, vorrei poter fornire ad un fisico teorico eventualmente interessato, la possibilità di applicare il metodo scientifico, verificando l’ipotesi attraverso un esperimento concreto. Nelle prossime righe descriverò in dettaglio cosa ho ideato in tal senso.

Descrizione generale

Quella che segue è la descrizione dell’esperimento in grado di provare se la teoria del collasso della funzione d’onda debba essere modificata per includervi la coscienza, ovvero uno “switch” logico che, se verificato, fa evolvere la particella da una sovrapposizione di stati ad uno di essi in particolare. Al momento le spiegazioni accettate per descrivere il comportamento dell’esperimento della doppia fenditura non includono la coscienza.

Considerando però che l’osservazione può essere o meno un atto cosciente, secondo il sottoscritto ha senso ipotizzare che non si possa escludere solo in linea di principio che sia proprio la coscienza a determinare il collasso della funzione d’onda. Scopo di questo esperimento è chiarire questa possibilità.

È questo dunque il primo passo per stabilire il ruolo dell’osservazione, cosciente o meno, nel contesto della dualità onda/particella.

Se verificato, dimostrerà se è precisamente il solo atto cosciente di porre in esecuzione un’osservazione (o anche solo di idearla) ciò che determina l’evoluzione da una sovrapposizione di stati al “collasso” ad uno solo di loro, verificando anche se ciò influenza una o più direzioni simultaneamente, considerando tutte le possibili combinazioni di tali possibilità, rispetto a ciò che si descrive come “collasso della funzione d’onda”.

In particolare si tratta dell’estensione dell’esperimento originale della doppia fenditura però sotto differenti condizioni, al fine di verificare il comportamento simultaneo delle particelle oggetto dell’esperimento nelle tre dimensioni spaziali, simultaneamente.

La prima novità prevede di creare un dispositivo capace di eseguire contemporaneamente l’esperimento classico della doppia fenditura ma seguendo obiettivi simultanei nelle tre dimensioni spaziali, mentre solo in una delle occorrenze si interporrà un sensore per controllare direttamente il comportamento del fascio di elettroni. Ciò al fine di determinare come e se l’atto di predisporre un’osservazione influisce sulla misura, in particolare se solo su una (quella monitorata tramite sensore in un determinato momento), su nessuna o anche sulle altre.

In altri termini si intende chiarire se sia il posizionamento fisico del sensore ad influenzare il comportamento della funzione d’onda, provocando il collasso ad un solo stato determinato, o se sia l’atto cosciente di predisporre la misura ciò che lo influenza (ovvero se anche in corrispondenza delle coppie di fenditure non monitorate in un determinato momento, e sufficientemente lontane tra loro per non ritenerle reciprocamente influenzate, si verifica il medesimo “collasso” della funzione d’onda eventualmente in corso, simultaneamente, in un’altra direzione).

La seconda novità introdotta consiste nel fatto che a determinare fisicamente dove posizionare il sensore nell’unica direzione monitorata in un determinato momento sarà inizialmente un software che randomicamente, ovvero tramite generazione di un codice aleatorio, lo collocherà per così dire “scegliendo” uno dei diversi esperimenti simultanei in atto, senza intervento umano. Si prevede la possibilità però di ripetere l’esperimento in una seconda fase, in maniera che sia l’intervento umano a determinare (coscientemente) dove posizionare il sensore (controprova).

Nella prima fase, nella quale solo si è deciso di realizzare l’esperimento e lo si è organizzato ma senza sapere in dettaglio quale sarà il percorso monitorizzato tramite sensore, l’esperimento si condurrà in maniera completamente automatica, senza cioè  osservatori umani presenti.

In una seconda fase si ripeterà l’esperimento in funzione delle scelte dei vari osservatori.

Piano descrittivo di massima

Dovendo eseguire lo stesso esperimento più volte simultaneamente lungo tre dimensioni distinte, si dovrà considerare una struttura tridimensionale ed in particolare un sistema di tre fasci elettronici tra essi ortogonali. La scelta di una disposizione su piani ortogonali è finalizzata ad eliminare eventuali interazioni elettromagnetiche reciproche (seno di 0º e di 90º valgono rispettivamente 0 e 1, dunque totalmente indipendenti).

  Emissione

La generazione del fascio elettronico avverrà in un unico punto. Tramite opportuni sistemi questo verrà suddiviso in tre fasci identici orientati secondo la classica disposizione cartesiana tridimensionale:

La scelta di un’unica sorgente poi suddivisa, garantisce stabilire le stesse condizioni iniziali in ciascuna delle tre dimensioni.

  Controllo – opzione n.1 (prioritaria)

Si posizioneranno le coppie di fenditure per ciascuna delle direzioni perché coincidano con i tre fasci emessi, alle stesse distanze utilizzate per l’esperimento originale della doppia fenditura, in modo che il loro centro coincida con i punti di emissione corrispondenti. La sorgente del fascio elettronico sarà libera di ruotare in modo da scambiare tra di loro le tre componenti. Questo per semplificare il posizionamento del sensore contaparticelle che in questo modo può posizionarsi in maniera fissa (in alternativa, del tutto equivalente, si può fissare il generatore di fasci e spostare di volta in volta il sensore in prossimità della coppia di fenditure prescelta, ciò è condizione del tutto equivalente). L’importante è che solo una delle tre direzioni sia monitorata in un determinato momento.

  Controllo – opzione n.2

Si ripete quanto descritto nell’opzione n.1 ma, in alternativa all’utilizzo di un singolo sensore se ne posizionerà uno in prossimità di ciascuna coppia di fenditure ed il software di controllo deciderà aleatoriamente quale attivare, fermo restando che, almeno in prima istanza, si dovrà attivare solo un sensore alla volta.

Registrazione

La terza ed ultima componente dell’esperimento è dedicata a posizionare i recettori di particelle per rilevare il risultato corrispondente a ciascuna coppia di fenditure, per verificarne cioè il pattern di distribuzione. Il software di controllo dovrà consentire il monitoraggio continuo e la registrazione in tempo reale di tutto ciò che avviene a questo livello. Un sistema computerizzato proietterà e registrerà contemporaneamente il comportamento di ciascuna delle zone in esame in sezioni distinte di un sistema di monitor esterno al laboratorio.

Esiti e possibili interpretazioni

Dato che esistono molte possibili combinazioni, riassumo le principali riportando le corrispondenti loro possibili interpretazioni:

Fase 1 (posizionamento del sensore in automatico)

  1. Tutti i recettori individuano un pattern di interferenza: è la coscienza a determinare il collasso della funzione d’onda (il monitoraggio dei tre sotto esperimenti tramite monitor denota la volontà cosciente di osservare, a prescindere dal posizionamento del sensore).
  2. Collasso della funzione d’onda solo in corrispondenza del recettore relativo al percorso con il sensore: è la semplice presenza del sensore che perturba il sistema (alternando i tre fasci il risultato non cambia, ovvero si ripete sequenzialmente).
  3. Nessun collasso della funzione d’onda: il posizionamento aleatorio del sensore non è un atto cosciente ma solo un esito della sua programmazione.

Fase 2 (posizionamento da parte dell’operatore)

  • Tutti i recettori individuano un pattern di interferenza: è la coscienza a determinare il collasso della funzione d’onda (il monitoraggio dei tre sotto esperimenti tramite monitor denota la volontà cosciente di osservare, a prescindere dal posizionamento del sensore).
  • Collasso della funzione d’onda solo in corrispondenza del recettore relativo al percorso con il sensore: Se non si era verificato nessun collasso della funzione d’onda nella corrispondente condizione della fase 1, allora è l’atto cosciente dell’operatore che posiziona il sensore a far collassare la funzione d’onda. Se invece nelle stesse condizioni nella fase 1 si era verificata la possibilità denominata “b”, questa resta verificata (alternando i tre fasci il risultato non cambia, ovvero si ripete sequenzialmente).

Note generali

Tutte le componenti saranno costruite e disposte utilizzando le medesime distanze relative e dimensioni degli elementi dell’esperimento originale.

I sistemi di ancoraggio delle differenti parti dovranno essere realizzati in modo da non influire sull’emissione né sulla direzione dei fasci di elettroni emessi contemporaneamente.

La scelta di posizionare aleatoriamente il sensore in prima istanza ha lo scopo di verificare se esiste una qualche relazione tra il posizionamento fisico del sensore e la volontà cosciente di realizzare l’esperimento (osservazione), in particolare verificando come si comportano le altre emissioni elettroniche mentre una è sotto monitoraggio, alternando in sequenza la posizione del sensore (o ruotando il generatore principale).

Il monitoraggio in tempo reale dei tre recettori tramite monitor all’esterno del laboratorio fornisce la possibilità di considerare come “osservate” anche le due aree senza un sensore attivo in un determinato momento.

Conclusioni

Spero che in futuro si possa eseguire questo esperimento in qualunque laboratorio del mondo, perché credo che il tema della coscienza meriti di essere approfondito, soprattutto tenendo in conto le molte aspettative che questo comporta, sia nel mondo fisico che a livello filosofico e culturale in genere. E incrocio le dita.