Che cosa voleva dire Einstein con "Dio non gioca ai dadi"?

La famosa frase "Dio non gioca ai dadi con l'Universo" attribuita ad Albert Einstein rifletteva la sua profonda insoddisfazione nei confronti di un aspetto fondamentale della meccanica quantistica, la teoria che stava emergendo negli anni ’20 e ’30 e che cambiò radicalmente la comprensione della fisica. La frase rappresenta il pensiero di Einstein sul ruolo del caso e della probabilità nella natura e, più specificamente, sulla visione probabilistica della meccanica quantistica, che sembrava implicare che gli eventi a livello subatomico fossero intrinsecamente imprevedibili.

La meccanica quantistica e l'introduzione dell'incertezza

La meccanica quantistica è la teoria che descrive il comportamento delle particelle a livello subatomico, come elettroni e fotoni, e include concetti fondamentali come il principio di indeterminazione di Heisenberg, la dualità onda-particella e la funzione d'onda. A differenza della fisica classica, che assume che il comportamento delle particelle possa essere determinato con precisione conoscendo la loro posizione e velocità, la meccanica quantistica introduce un elemento di incertezza. Il principio di indeterminazione, formulato dal fisico tedesco Werner Heisenberg nel 1927, afferma che non è possibile conoscere simultaneamente con esattezza sia la posizione sia la quantità di moto (ovvero la velocità moltiplicata per la massa) di una particella.

Nella meccanica quantistica, le particelle non hanno una posizione o una velocità definite fino a quando non vengono misurate. Invece, sono descritte da una "funzione d'onda", che rappresenta una sovrapposizione di tutte le possibili posizioni e velocità che la particella potrebbe avere. Quando si effettua una misurazione, la funzione d'onda collassa, e solo allora la particella assume una posizione e una velocità definite. Questo processo di "collasso" è intrinsecamente probabilistico: la meccanica quantistica può solo prevedere la probabilità che una particella si trovi in una certa posizione, ma non può determinare con certezza dove si troverà.

Il problema con l'indeterminismo

Einstein era uno dei pionieri della fisica moderna e il suo contributo alla teoria quantistica fu cruciale, in particolare con il suo lavoro sull'effetto fotoelettrico, che dimostrava che la luce può essere considerata come composta da particelle (i fotoni). Tuttavia, quando la meccanica quantistica prese la sua forma definitiva, con un'enfasi sulla probabilità e l'indeterminismo, Einstein iniziò a esprimere riserve. Nonostante il successo straordinario della teoria quantistica nel prevedere il comportamento delle particelle subatomiche, Einstein non poteva accettare l'idea che il caso fosse una componente fondamentale della natura.

Quando Einstein disse "Dio non gioca ai dadi con l’universo", stava esprimendo la sua convinzione che le leggi della fisica dovessero essere deterministiche, ossia che ogni evento avesse una causa ben definita e che, conoscendo tutti i fattori rilevanti, fosse possibile prevedere il risultato di qualsiasi processo. Secondo Einstein, la meccanica quantistica, nella sua forma allora accettata, era incompleta. Pensava che dovesse esistere una spiegazione più profonda, basata su variabili nascoste, che potesse restituire al mondo subatomico un ordine deterministico.

Il dibattito con Niels Bohr

Il principale avversario intellettuale di Einstein in questo dibattito fu il fisico danese Niels Bohr, uno dei fondatori della meccanica quantistica. Bohr sosteneva che l'indeterminismo fosse una caratteristica intrinseca della natura e che la meccanica quantistica fosse una descrizione completa della realtà. Secondo Bohr, la fisica classica e la sua visione deterministica del mondo erano semplicemente inadeguate per descrivere i fenomeni a livello subatomico. Non si trattava di trovare variabili nascoste che avrebbero restituito il determinismo, ma di accettare che, a quel livello, il comportamento delle particelle fosse fondamentalmente probabilistico.

Il famoso "dibattito Bohr-Einstein" raggiunse il suo apice nel 1935 con la pubblicazione del "paradosso EPR" (Einstein-Podolsky-Rosen). In questo lavoro, Einstein e i suoi collaboratori sostennero che la meccanica quantistica era incompleta. Presentarono un esperimento mentale in cui due particelle interagiscono e poi si separano. Secondo la meccanica quantistica, anche dopo la separazione, le proprietà delle particelle rimangono correlate, o "entangled", e misurare lo stato di una particella influenza istantaneamente lo stato dell'altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. Einstein considerava questo "spooky action at a distance" (azione spettrale a distanza) inaccettabile, poiché sembrava violare il principio fondamentale della relatività, secondo cui nessuna informazione può viaggiare più velocemente della luce.

L'evoluzione del dibattito e gli sviluppi moderni

Per decenni, il dibattito tra determinismo e indeterminismo rimase in gran parte filosofico, poiché mancavano esperimenti che potessero discriminare tra la visione di Einstein e quella di Bohr. Tuttavia, negli anni '60, il fisico John Bell sviluppò un teorema che mostrava come fosse possibile testare sperimentalmente l'idea di variabili nascoste locali (quelle che Einstein credeva esistessero). Gli esperimenti successivi, come quelli condotti da Alain Aspect negli anni '80, confermarono le previsioni della meccanica quantistica e respinsero le teorie di variabili nascoste locali, dimostrando che l'entanglement quantistico è reale e che il comportamento delle particelle non può essere spiegato da una teoria deterministica classica.

Nonostante questi sviluppi, la frase "Dio non gioca ai dadi" continua a rappresentare una profonda domanda filosofica sul ruolo del caso nella natura. Einstein, pur avendo torto nel rifiutare l'indeterminismo della meccanica quantistica, ha sollevato questioni fondamentali che ancora oggi alimentano il dibattito su quale sia la vera natura della realtà. Alcuni fisici contemporanei continuano a esplorare teorie che potrebbero conciliare il determinismo con la meccanica quantistica, mentre altri abbracciano pienamente l'indeterminismo come una caratteristica fondamentale del mondo.