Quando una funzione d’onda collassa

Quando ho parlato di effetto tunnel e del gatto di Schroedinger ho nominato spesso la funzione d’onda e del suo quadrato, interpretabile come la probabilità.

Quello che è importante sottolineare è che la funzione d’onda non è direttamente osservabile ma sono osservabile le sue conseguenze. Infatti ciò che, si potrebbe dire, determina il valore di una grandezza fisica è solo il processo di misura. Per questo la funziona d’onda del gatto era sospesa fra 1/2 vivo e 1/2 morto, prima che si fosse aperta la scatola.

Senza addentrarci nei dettagli del formalismo matematico usato, per tutti i possibili valori che una grandezza fisica può avere per un dato sistema (ad esempio il valore del momento angolare di una particella), la funziona d’onda prima di un’osservazione deve contenere, secondo le rispettive probabilità, tutti i valori possibili. Una volta effettuato il processo di misura, la funzione d’onda muterà istantaneamente in modo da contemplare, con il 100% di probabilità, solo il valore misurato.

Con un esempio: se una certa grandezza fisica G può assumere solo valore a, b o c con uguale probabilità, allora la funzione d’onda del sistema sul quale si sta per compiere la misura di G, si scriverà concettualmente in questa forma:

quando poi la misura verrà effettuata, ottenendo ad esempio b, la funzione d’onda si scriverà

ovvero tutti i possibili valori della grandezza fisica collasseranno sull’unico valore effettivamente misurato. Questo fenomeno è istantaneo ed è noto come collasso della funzione d’onda.

Anche nell’effetto tunnel si parla di collasso della funzione d’onda se, fermata l’animazione (qui sotto riprodotta), si dovesse trovare l’elettrone in un dato punto della nuvoletta di probabilità

In altre parole, quando un sistema quantistico interagisce con uno strumento di misura (che è sempre macroscopico), è come se le leggi della meccanica quantistica si riducessero alla meccanica classica, meccanica in cui gli oggetti sono ben definiti e sono sempre al di qua o al di là di una barriera energetica, senza sfumature.

Dal momento che le particelle sono trattate in meccanica quantistica come pacchetti d’onda che si evolvono seguendo l’equazione di Schroedinger, il passaggio dal regime quantistico e quello classico avviene secondo questo collasso della funzione d’onda forse, a sua volta, conseguenza del fenomeno chiamato decoerenza. La decoerenza è l’impossibilità da parte di diverse porzioni di una stessa onda di interferire tra loro, a causa dell’interazione con il mondo macroscopico, ovvero una misura in senso lato.