Einstein è ricordato dai più per la sua Teoria della Relatività:

• Ristretta (o speciale): quella che parla della connessione tra spazio e tempo e dei fenomeni di dilatazione del tempo e di contrazione delle lunghezze per sistemi inerziali in moto rettilineo uniforme uno rispetto all’altro, e
• Generale, quella che descrive come la gravità modelli lo spaziotempo. 

Più precisamente, la traduzione corretta dovrebbe essere: Teoria Speciale della Relatività e Teoria Generale della Relatività. Non c’è una relatività generale e una speciale: la Relatività è una sola ma ci sono due teorie che la descrivono in ambiti complementari.

Riformuliamo:

• Teoria Speciale: è la rifomulazione delle leggi della fisica per sistemi inerziali
• Teoria Geneale: è la rifomulazione delle leggi della fisica per sistemi non inerziali, sistemi in cui sia presente un’accelerazione.

Accelerazione indotta meccanicamente o gravità? Einstein con il suo principio di equivalenza ci dice che non c’è nessuna differenza.

Einstein il Nobel non lo vinse per la Relatività che lo tenne occupato nel primo ventennio del 1900. Lo vinse per un lavoro importantissimo del 1905 sulla meccanica quantistica: la spiegazione del funzionamento dell’effetto fotoelettrico. Era un esempio di come applicando l’idea dell’energia quantizzata si può risolvere un problema insolubile con i metodi dell’elettromagnetismo classico di Maxwell.

Anche se la Meccanica Quantistica lo aiutò a guadagnare la sua credibilità tra gli scienziati – nel 1905 infatti era un po’ un outsider (terminò il dottorato come studente lavoratore mentre era impiegato all’ufficio brevetti di Berna), questo risultato sconvolse tanto l’ambiente della fisica da portarlo subito in primo piano come stella nascente – ad Einstein questa teoria rimase sempre un po’ sul gozzo: scrisse a Max Born che Dio non gioca a dadi con l’Universo e, nel 1935 quand’era già a Princeton, scrisse questo articolo con due fisici più giovani di lui, Boris Podolsky e Nathan Rosen, che è più un’argomentazione di tipo filosofico che tende a mostrare come la Meccanica Quantistica non possa fornire una descrizione completa della realtà.

Paradosso EPR

Nell’articolo è spiegato cosa si intenda per realtà e per descrizione completa e si formula un Gedankenexperiment (un esperimento mentale) che dimostra come la meccanica quantistica formulata nelgi anni Venti secondo l’interpretazione di Copenhagen (la funzione d’onda) non possa ritenersi né reale né completa.

Con realtà di una teoria si intende poter predire con certezza e senza disturbare il sistema ogni quantità fisica oggettiva del sistema.

Con completezza di una teoria si intende che tutti gli elementi della realtà hanno una
controparte nella teoria. Una teoria che descrive solo la posizione x ma non l’impulso p è
incompleta.

Questo lavoro rimase sostanzialmente ignorato finché Einstein fu in vita, ma nel 1964, dopo una citazione da parte del fisico irlandese John Stewart Bell, le citazioni aumentarono e continuano ancora oggi con un andamento esponenziale (vedi ad esempio [Z]), a testimonianza dell’interesse che questa argomentazione assunse in special modo nell’ambito dei computer quantistici e del cosiddetto fenomeno dell’entaglement.

In questo fenomeno le variabili di stato di due particelle, dopo che queste hanno interagito, rimangono avvinghiate (entangled) di modo che una misura fatta su una di esse da un misuratore che convenzionalmente chiamamo Alice (A) la fa collassare sul valore misurato e, istantaneamente, anche l’altra variabile misurata nel laboratorio di Bob (B) collassa sullo stesso stato, indipendentemente dalla distanza tra Alice e Bob.

Ad esempio, se misuro la polarizzazione di un fotone, anche l’altro fotone che ha interagito con quest’ultimo (ad esempio entrambi sono generati da un unico fascio laser che attraversa un cristallo birifrangente) si troverà istantaneamente nello stesso stato di polarizzazione, qualunque sia la distanza tra di loro. Questo fenomeno è sconcertante se si pensa che equivarrebbe in qualche modo a sostenere che questo tipo di interazione si propaga ad una velocità infinita.

L’articolo sul Paradosso di EPR (che ho tradotto dall’originale durante un periodo di convalescenza).

Una mia tesina sull’argomento svolta durante il corso di Quantum Information nell’ambito del dottorato in Telecomunicazioni presso l’Università di Padova nel A.A. 2014-2015 (prof. Paolo Villoresi)

Fonti

• [Z] Anton Zeilinger, La Danza dei Fotoni, La Biblioteca di Le Scienze, 2012)
• Einstein and the PER Paradox in APS.org