Domande irrisolte nella teoria quantistica

Vorrei capire con spiegazioni accessibili a un non esperto, quali domande senza risposte sono nate dalla teoria quantistica.
Antonio Scalfaro
11 novembre 2003
Vi sono, al momento, due importanti domande senza risposta per la teoria quantistica.

La prima concerne le comprensione dei processi di misura e il ruolo dell'osservatore nei fenomeni fisici. Questo argomento, a distanza di quasi di cento anni, è ancora oggetto di discussione accesa all'interno della comunità dei fisici. Strettamente collegato a questo problema vi è anche quello relativo al cosiddetto limite semi-classico della meccanica quantistica. Infatti, il processo di misura viene attualmente interpretato come l'interazione di un sistema (soggetto alle leggi quantistiche), con un apparato soggetto invece a leggi classiche. È evidente però che se la teoria quantistica ha la pretesa di essere una teoria fondamentale delle leggi di natura, le sue stesse leggi dovrebbero valere anche per gli apparati di misura. Si è quindi al momento in presenza di un stallo teorico.

La seconda domanda è ugualmente fondamentale e verte sulla compatibilità della meccanica quantistica con la teoria della relatività generale, alias la teoria della gravitazione.

Va menzionato che la compatibilità della meccanica quantistica con le leggi della relatività ristretta ha prodotto in passato un capitolo completamente nuovo della fisica teorica, ovvero la formulazione della teoria dei campi quantistici, su cui è basata l'odierna comprensione delle particelle elementari quali elettroni, quark, fotoni, e l'unificazione di tre leggi fondamentali della natura, relative all'interazione elettromagnetica, all'interazione debole e all'interazione forte. Manca tuttavia in questo quadro teorico l'unificazione con la quarta legge fondamentale della natura, quella appunto relativa alle interazioni gravitazionali.

Spunti teorici interessantissimi in questa direzione si sono avuti negli ultimi vent'anni e il nuovo scenario va sotto il nome di teoria delle stringhe. Occorre però aspettare ancora un po' per vedere se questo nuovo schema teorico è in grado di dare una risposta definitiva sulla compatibilità della meccanica quantistica con la teoria della relatività generale.

Giuseppe Mussardo Settore di Teoria delle Particelle Elementari, SISSA, Trieste

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