Il paradosso del gatto di Schrödinger fu ideato, attraverso l’ipotesi di un’applicazione reale e praticamente spiegabile, per dimostrare i limiti della fisica quantistica. Oltre all’interpretazione di Copenaghen che venne messa in discussione proprio con questo paradosso, nel corso del tempo gli furono affiancate diverse altre interpretazioni, che affermano l’applicabilità o meno dell’esperimento.
Il gatto di Schrödinger, dall’interpretazione di Copenaghen a quella “a molti mondi”
Quante volte abbiamo sentito parlare di questo paradosso, in alcuni casi per spiegare la probabilità degli eventi (ricordate il divertente battibecco tra Sheldon e Penny nella serie tv The Big Bang Theory?), senza sapere cosa sia davvero? Il paradosso del gatto di Schrödinger nasce come esperimento mentale del tutto immaginario nel 1935 dal fisico austriaco da cui prende il nome, Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger. Famoso soprattutto per i grandi apporti che dette alla meccanica quantistica e all’equazione a lui intitolata (che determina l’evoluzione temporale dello stato di un sistema, ossia una parte dell’universo soggetta ad indagine) e per la quale vinse il premio Nobel per la fisica nel 1933, Schrödinger formula il paradosso del gatto di Schrödinger per illustrare come l’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, definita “ortodossa”, fornisca risultati paradossali se applicata ad un sistema fisico macroscopico (il paradosso venne annunciato nel saggio del fisico dal titolo “La situazione attuale della fisica quantistica”, in cui l’autore argomenta anche come alla luce dei nuovi risultati della meccanica, la fisica non costituisce una rappresentazione oggettiva di essa).
L’esperimento chiamato il paradosso del gatto di Schrödinger immaginato dallo scienziato prevede un gatto chiuso all’interno di una scatola: non possiamo sapere se sopravvive o muore – uno stato noto come sovrapposizione quantistica. Dal saggio: “Si rinchiuda un gatto in una scatola d’acciaio insieme alla seguente macchina infernale (che occorre proteggere dalla possibilità d’essere afferrata direttamente dal gatto): in un contatore Geiger (un misuratore di radiazioni che rileva l’avvenuto decadimento della sostanza) si trova una minuscola porzione di sostanza radioattiva, così poca che nel corso di un’ora forse uno dei suoi atomi si disintegrerà, ma anche, in modo parimenti probabile, nessuno; se l’evento si verifica il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto che rompe una fiala con del cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato questo intero sistema per un’ora, si direbbe che il gatto è ancora vivo se nel frattempo nessun atomo si fosse disintegrato, mentre la prima disintegrazione atomica lo avrebbe avvelenato. […] in essa il gatto vivo e il gatto morto non sono degli stati puri, ma miscelati con uguale peso”.
La quantistica è la parte della fisica moderna che studia le leggi valide per le particelle elementari, come neutroni, elettroni, protoni e fotoni. Secondo la fisica quantistica, il comportamento di una particella elementare non è infatti prevedibile con esattezza, ma solo in modo probabilistico: si può dire cosa accadrà alla particella ma non quando. Si diceva che tale incertezza non è presente invece per i sistemi macroscopici, cioè se si analizza una parte dell’universo composta da milioni di atomi riuniti: una volta conosciuti alcuni dati, si può sapere con esattezza che cosa e quando accadrà in essi. Infatti, l’interpretazione di Copenaghen – la prima e più diffusa interpretazione della meccanica quantistica – sostiene che in meccanica quantistica i risultati delle misurazioni di variabili coniugate sono fondamentalmente non deterministici, ossia che anche conoscendo tutti i dati iniziali è impossibile prevedere il risultato di un singolo esperimento.
Con il paradosso del gatto di Schrödinger venne ribaltata anche questa considerazione; stabilire il rilascio della dose di cianuro, e quindi decretare la morte del gatto, è puramente un atto casuale, è causale cioè il decadimento della sostanza radioattiva. Inoltre, fintantoché la scatola rimane chiusa, non si possono dire certi le sorti del gatto né quando è deceduto, se ciò accade. Il destino del gatto risulta legato a leggi probabilistiche, nonostante sia un sistema macroscopico.
In realtà contrastandosi con il determinismo della fisica classica, l’incertezza della morte del gatto nel paradosso del gatto di Schrödinger (che il fisico non chiamò mai “paradosso”) è una considerazione puramente anch’essa “classica”: la perplessità del fisico, che con l’esperimento volle sottolineare l’incertezza piuttosto degli studi in quel momento, è come la meccanica quantistica fosse applicabile anche ad un essere vivente, non solo ad un sistema.
In aggiunta al paradosso del gatto di Schrödinger e all’interpretazione di Copenaghen, fu formulata dal fisico statunitense Hugh Everett III del 1957 e successivamente da Bryce Seligman DeWitt l’interpretazione “a molti mondi”, abbreviata nella terminologia anglosassone in MWI (Many Worlds Interpretation).
Il paradosso del gatto può essere in ultimo anche applicato ad eventi della vita quotidiana, che potrebbero farci riflettere sui continui dubbi che ci attanagliano quando dobbiamo compiere una scelta: perché immaginare tutti gli scenari possibili di un determinato evento se non possiamo sapere come davvero andranno i fatti? Schrödinger ci invita a cambiare prospettiva.
Ilaria Casertano
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