Il quinto quanto – ancora sulle frattaglie della fisica dei quanti

Aggiornato il 19 Febbraio 2026

Immergersi nella fisica quantistica è un’avventura incredibile, un po’ come entrare nel Sottosopra di Hawkins, quello di Stranger Things se qualcuno non fosse avvezzo, o nel mondo degli hobbit de Il signore degli anelli o nel paese delle meraviglie di Alice. Insomma: in un luogo dove il senso comune non esiste e anche la Natura sembra girare in modo strano.
Ma che con la fisica quantistica ci sia qualcosa di poco chiaro appare evidente fin dall’inizio, sia dal punto di vista sociale e storico (anni ’20 del secolo scorso), sia individualmente, quando cioè una persona si avvicina a questo straordinario percorso intellettuale – per studio o per curiosità.

• Da diversi secoli, infatti, siamo tutti d’accordo che la conoscenza fisica si basi su un ragionamento logico e argomentato. Per farlo, attraverso la matematica, manipola relazioni fra grandezze fisiche – cioè concetti mentali che hanno due proprietà di base:
  • sono riconducibili a proprietà che ci dicono qualcosa dei fenomeni che vogliamo studiare;
  • sono riconducibili, per mezzo di uno strumento di misura, a quantità numeriche riferite a certe unità arbitrarie condivise (le unità di misura)

Quindi, per esempio, se vogliamo trattare un concetto astratto come la lunghezza di un certo oggetto (un tavolo per esempio), è necessario mettere a punto un determinato strumento (il metro), che possa essere confrontato con l’oggetto di studio. In modo tale che, per comparazione, quella proprietà del tavolo che abbiamo definito in modo astratto lunghezza viene a concretizzarsi in un numero che ci dice quante volte il metro deve essere ripetuto (cioè allineato con se stesso) per pareggiare il tavolo stesso. Insomma, si passa da un concetto astratto (quello di “lunghezza del tavolo” alla sua quantificazione numerica; e qui mi fermo con gli esempi, perché ogni singola parola che sto scrivendo potrebbe aprire vertigini di discussioni meravigliose).

La misura è fondamentale, nel senso delle fondamenta: non esiste un “palazzo” costruito sulla conoscenza fisica che non sia basato sulla misura. Il processo di quantificazione del mondo esterno (esterno al singolo individuo) non solo permette l’utilizzo della matematica nella rappresentazione dei fenomeni, ma anche perché rende la conoscenza fisica condivisibile con altri individui.
Ma dove sta allora il problema con la fisica quantistica?

Il problema risiede nel fatto che la fisica quantistica si ingarbuglia proprio con la misura in sé, contraddicendo il famoso detto “il diavolo si nasconde nei dettagli”. Qui non si nasconde affatto, il simpaticone. Per dirla chiara, si tratta di questo: per vari motivi, un sistema fisico quantistico viene rappresentato da una funzione matematica detta funzione d’onda. Al di là del nome pittoresco, una funzione d’onda contiene in sé tutte le caratteristiche che quel sistema fisico possiede. Non solo: la funzione d’onda fa un perfetto lavoro di rappresentazione, solo se attribuisce a quel sistema delle proprietà che per la fisica classica non potrebbe avere nello stesso momento. Per esempio, la funzione d’onda di una trottola quantistica deve attribuire simultaneamente alla trottola una rotazione in senso orario e una rotazione in senso anti-orario. Questa proprietà della funzione d’onda è necessaria, se vogliamo che descriva realmente il sistema quantistico: tutto sommato, se ci pensate, ci sta. Visto che non sappiamo come ruota la trottola, ma sappiamo che può ruotare in un modo o nell’altro, una descrizione che tiene conto di entrambe le possibilità è ragionevole.
Tanto più che se decidiamo di misurare la sua rotazione, noi persone esterne e distinte dalla trottola, otteniamo risultati chiari: troviamo sempre una trottola che ruota in senso orario oppure in senso antiorario; e non troviamo mai una trottola che ruota simultaneamente in entrambi i sensi. Anche questo sembra normale, no?

Il problema sorge – ed ecco la prima frattaglia – quando ci chiediamo: prima della misura, la trottola come girava? La chiamo frattaglia perché è lecito chiedersi se siano pensieri utili questi: se sia una domanda sensata chiedersi come si comportasse la trottola prima? Ci fanno capire di più della teoria? E del mondo? E del reale? È discutibile, ma secondo molti lo ha: è un po’ come chiedersi se il mondo esiste prima che io lo guardi. La trottola avrà pur girato in un modo o nell’altro anche prima che io lo sapessi: la misura serve a conoscere una proprietà reale – questo è il nostro assunto di base. Non è che un tavolo è lungo 10 centimetri oppure 1 metro oppure 50 metri a seconda che io lo misuri o meno: avrà una sua lunghezza. O no?
Il dramma quantistico è che forse “no”. Ci sono ottime ragioni sperimentali per sostenere, nell’esempio della trottola, che prima della misurazione la trottola non aveva uno stato di rotazione definito. O se preferite, stava effettivamente ruotando sia in un modo che nell’altro, tanto che non era possibile attribuirgliene uno specifico. Questo però significa che è stata l’operazione di misura a costringere la trottola a decidere come voglia apparire, fra le sue possibili scelte: quando eseguiamo una misura sulla rotazione, la trottola “decide” se mostrarsi in moto orario oppure anti-orario. Non è chiaro con quale criterio decida: ma, in un certo senso, si conforma al nostro modo di pensare: e questo principio di conformità al mondo classico – chiamiamolo così – non sta scritto da nessuna parte.

Capito l’inghippo? Insomma, se Amleto fosse stato quantistico, almeno finché è completamente isolato sulla scena, non avrebbe dovuto chiedersi “essere o non essere”, perché avrebbe potuto “essere” e “non essere” nello stesso momento. Ma nel momento in cui qualcun altro entra in scena e gli dà un’occhiata – cioè compie una misura – Amleto deve scegliere.
In termini un filo più tecnici, il problema risiede in questo: la celebre equazione di Schroedinger, che descrive l’evoluzione della funzione d’onda di un sistema quantistico, non prevede in nessun modo che questa funzione d’onda, a un certo punto, collassi in una soltanto delle molteplici scelte che ha a disposizione. Misurare una grandezza quantistica è come intervenire con una mannaia su un “cespuglio di possibilità”: si sfronda in maniera brutale, fin quando non resta che una sola realizzazione.
Come scrive Brian Greene in La realtà nascosta. Universi paralleli e leggi profonde del cosmo (2012):

Dunque, imporre una misura su un sistema fisico significa sfrondare il sistema dalle sue possibili realizzazioni e lasciare che se ne realizzi solo una. Quasi come il metodo sottrattivo del Canova.
Ma se quel che disturba è che la misura appare come un evento esterno, perché non includere anche lo strumento di misura nella descrizione del sistema quantistico? Si potrebbe provare a comporre una funzione d’onda più complessa che rappresenti sia il sistema che lo strumento di misura. In questo modo l’equazione di Schroedinger, che ne descrive l’evoluzione, dovrebbe far emergere il collasso: non più una mannaia dall’esterno, ma una “catastrofe naturale”.
Sì può fare ed è stato fatto, ma non risolve il problema alla base: si è spinti a estendere sempre di più la funzione d’onda, includendo man mano tutto ciò che circonda l’esperimento: il laboratorio, l’edificio, la città. Fino ad arrivare all’universo. Ecco, se avessimo la funzione d’onda che descrive l’universo allora niente sarebbe esterno e tutto dovrebbe essere previsto e prevedibile da un’equazione di Schroedinger ultrapotente.

Sorge però un’altra domanda-frattaglia. Riprendiamo l’esempio della trottola e immaginiamo che, dopo la nostra misura, si scopra che la trottola sta ruotando in senso orario. Prima della misura era in uno stato di sovrapposizione: dove finisce l’altra possibilità, quella secondo la quale la trottola stava ruotando nell’altro verso? Dove finiscono i rami sfoltiti? Ora che sappiamo che l’universo ha scelto di realizzare, tra gli stati possibili, quello della trottola che ruota in senso orario, le altre possibilità dove finiscono? Ha senso pensare che esistano altri universi, quelli scartati dal nostro?