La realtà non esiste da sola

Le cose reali esistono solo in rapporto ad altre cose

E se le proprietà delle cose non esistessero in assoluto, ma soltanto in relazione a qualcos'altro?

È questa, in estrema sintesi, l'idea alla base della meccanica quantistica relazionale, un'interpretazione della teoria quantistica proposta dal fisico italiano Carlo Rovelli nel 1996.

Secondo questa prospettiva, la realtà non è costituita da oggetti che possiedono proprietà definite una volta per tutte, indipendentemente da tutto il resto. La realtà fisica è piuttosto una rete di relazioni e interazioni: le proprietà di un sistema esistono in rapporto a un altro sistema con cui esso interagisce. In altre parole, non ha sempre senso chiedersi semplicemente “com'è una cosa?”. Bisognerebbe chiedersi: “com'è, rispetto a che cosa?”

Prendiamo una semplice tazza

Immaginiamo una tazza appoggiata su un tavolo. Nella nostra esperienza quotidiana siamo portati a pensare che la tazza possieda determinate proprietà in modo assoluto: ha un certo colore, occupa una certa posizione, ha una certa temperatura e così via.
Molte di queste proprietà, però, acquistano un significato fisico attraverso una relazione. Il colore che percepiamo, per esempio, dipende dall'interazione tra la luce, la tazza e il sistema che la osserva (i nostri occhi). La posizione è definita rispetto a un sistema di riferimento. La temperatura, invece, è una proprietà che possiamo determinare attraverso l'interazione con un termometro.

Questi esempi, presi singolarmente, non sono ancora specificamente quantistici: anche la fisica classica descrive molte grandezze in termini relazionali. Servono però a introdurre un'idea centrale della meccanica quantistica relazionale: in generale, non è necessario immaginare le proprietà fisiche come qualcosa che un sistema possiede sempre nello stesso modo, indipendentemente da ogni interazione.

Nella prospettiva di Rovelli, le proprietà fisiche di un sistema sono definite rispetto ad altri sistemi con cui esso interagisce. È quindi l'interazione, e non un osservatore cosciente, a svolgere il ruolo fondamentale. Un “osservatore”, in questo senso, non deve essere necessariamente una persona. Può essere qualunque sistema fisico che interagisca con un altro sistema e stabilisca, attraverso questa interazione, un'informazione fisicamente rilevante su di esso.

Un universo fatto di relazioni

Questa prospettiva modifica profondamente il modo in cui immaginiamo la realtà. Non abbiamo da una parte gli oggetti e dall'altra le relazioni tra loro. Le relazioni sono parte costitutiva della descrizione fisica del mondo.

Una particella non deve essere necessariamente immaginata come una minuscola pallina dotata di proprietà definite indipendentemente da ciò che le accade. Nella meccanica quantistica, infatti, lo stato di un sistema e i valori delle sue proprietà osservabili sono descritti attraverso relazioni fisiche con altri sistemi.

Nella prospettiva relazionale, quando due sistemi interagiscono, possono stabilirsi proprietà definite del primo rispetto al secondo. Non è quindi necessario postulare che ogni proprietà abbia un valore ben definito e assoluto indipendentemente da qualsiasi interazione. La fisica, allora, non descrive soltanto “come sono fatte le cose”, ma anche come i sistemi interagiscono e quali proprietà fisiche risultano definite attraverso queste interazioni.

Questo non significa che “ognuno ha la propria realtà” nel senso soggettivo del termine o che la realtà sia una questione di opinioni personali. Significa qualcosa di più preciso e, forse, più radicale: una descrizione fisica può essere relativa al sistema con cui stiamo considerando un determinato fenomeno. Due osservatori possono quindi avere informazioni diverse sullo stesso sistema senza che necessariamente una delle due descrizioni sia falsa.

E qui arriva il gatto di Schrödinger

Il famoso esperimento mentale di Schrödinger immagina un gatto chiuso dentro una scatola insieme a un dispositivo quantistico capace di innescare un meccanismo letale. Se il dispositivo è descritto come una sovrapposizione di stati e il suo esito è correlato allo stato del gatto, la descrizione quantistica dell'intero sistema conduce, prima della misura, a una sovrapposizione che coinvolge anche gli stati “vivo” e “morto” del gatto.

È proprio qui che nasce il celebre paradosso: che cosa significa attribuire uno stato al gatto prima che qualcuno apra la scatola? Nella prospettiva relazionale il problema cambia. Non è necessario assumere che esista un unico stato del gatto, definito in modo assoluto e indipendente da ogni sistema fisico con cui il gatto ha interagito.

Rispetto a un sistema che ha già interagito con il gatto, può essere definita una determinata proprietà: per esempio, il gatto è vivo oppure morto. Rispetto a un altro sistema che non ha ancora interagito con quella parte dell'esperimento, la descrizione può invece continuare a contenere una sovrapposizione.

Le due descrizioni non devono necessariamente essere considerate contraddittorie, perché si riferiscono a relazioni fisiche differenti.
Il punto non è quindi che il gatto sia “oggettivamente vivo e morto contemporaneamente” in una sorta di assurdità metafisica. Il punto è che lo stato fisico non deve essere pensato come qualcosa che esiste necessariamente in modo assoluto, indipendentemente da ogni interazione.

La realtà, allora, cos'è?

La meccanica quantistica relazionale ci costringe a mettere in discussione un'intuizione profondamente radicata: quella secondo cui l'universo sarebbe composto da una collezione di oggetti indipendenti, ciascuno dotato di proprietà proprie, e che le relazioni tra questi oggetti siano qualcosa che viene dopo.

Rovelli propone di guardare la questione dal lato opposto: non dobbiamo necessariamente pensare alle relazioni come qualcosa che viene dopo le cose. Nella descrizione relazionale della meccanica quantistica, sono le interazioni tra sistemi a svolgere un ruolo fondamentale nel definire le proprietà fisiche che possiamo attribuire loro. In questo senso, prima delle cose come oggetti dotati di proprietà assolute, ci sono le relazioni.

La realtà fisica può essere descritta come una trama di sistemi e interazioni, nella quale le proprietà fisiche non devono necessariamente essere pensate come attributi assoluti degli oggetti, indipendenti dalle relazioni con altri sistemi. Non significa che “nulla esiste”, ma che ciò che esiste fisicamente non è necessariamente qualcosa che possiede tutte le proprie caratteristiche in modo assoluto e indipendente dal resto dell'universo.

Forse, allora, la domanda più interessante non è: “Che cos'è una cosa?” Ma: “Che cos'è una cosa rispetto a qualcos'altro?”

Ed è una differenza apparentemente piccola che, quando la si porta fino alle fondamenta della realtà, cambia completamente il modo in cui possiamo pensare l'universo.

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Bibliografia essenziale

C. Rovelli, Relational Quantum Mechanics, International Journal of Theoretical Physics 35, 1637–1678 (1996).
C. Rovelli, Helgoland, Adelphi (2020).
F. Laudisa and C. Rovelli, Relational Quantum Mechanics, Stanford Encyclopedia of Philosophy.
C. Rovelli, The Relational Interpretation, in The Oxford Handbook of the History of Quantum Interpretations (2022).