Quando si parla di meccanica quantistica, nel pubblico non specializzato sorgono sempre un po’ di timori e complessi. Oggi proveremo a spiegarvi nel modo più semplice possibile il noto paradosso del gatto di Schrödinger.
Partiremo analizzando il perché questo paradosso è così importate e poi illustreremo il suo significato scientifico e teoretico. Siete pronti?
Il paradosso del gatto di Schrödinger
Questo paradosso è stato concepito intorno al 1935 da Erwin Schrödinger per mostrare come l’utilizzo della meccanica quantistica in sistemi macroscopici possa portare a dei risultati paradossali.
Il fisico ha immaginato un gatto dentro una scatola sigillata. Ha poi immaginato un meccanismo un po’ crudele che, nell’arco di tempo in cui il gatto sta chiuso nella scatola, cioè un’ora, può scattare e causare il rilascio di un veleno letale. Il rilascio, però, non è sicuro. C’è solo il 50% delle possibilità che il meccanismo possa scattare. Quindi la probabilità che il veleno si diffonda sono pari al 50%.
L’osservatore che assiste alla scena, senza poter aprire la scatola, non sa quale sarà il destino del povero felino. Dopo un’ora, nessuno sarà in grado di dire se il gattino sia vivo o morto. Dal punto di vista scientifico siamo di fronte a un 50 e 50. Cioè in una condizione di indeterminazione. Solo aprendo la scatola si può risolvere questa indeterminazione. Ma una cosa del genere ha senso nella vita concreta, mentre è vietata nella meccanica quantistica.
I fisici sono chiamati a cogliere la realtà, nonostante i limiti imposti dalla contingenza. Quindi dovrebbero capire cosa succede nella scatola senza aprirla. Così, se interrogati a proposito, risponderebbero dire che il gatto è contemporaneamente vivo e morto, con la stessa probabilità. Ed ecco qua l’assunto alla base del paradosso di Schrödinger.
Gatti e particelle subatomiche
Suona strano considerare un gattino come vivo e morto nello stesso tempo. Ma quando si parla di particelle subatomiche, ossia di elettroni e protoni, la cosa ha senso, perché questi oggetti, secondo la relatività, si possono trovare nello stesso istante in tanti stati diversi.
Comprendiamo così che paradosso del gatto di Schrödinger nasce per mettere in evidenza un aspetto problematico. La fisica conosce il principio di sovrapposizione, che è il primo postulato della meccanica quantistica. Secondo questo postulato, due o più stati quantistici possono essere sovrapposti dando come risultato uno stato quantistico altrettanto valido. In realtà, una cosa del genere si verifica anche con la sovrapposizione delle onde nella fisica classica.
Ma perché i fisici non possono aprire la scatola? Perché, paradossalmente, aprendola interferirebbero con l’esperimento: lo annullerebbero. Ogni volta che tocchiamo o ci avviciniamo troppo a un oggetto che vogliamo studiare, rischiamo di alterarlo. È un po’ come toccare a mani nude l’arma del delitto e contaminarla.
Spiegazione semplice del paradosso
Nella meccanica quantistica non è possibile descrivere gli oggetti nello stesso modo in cui lo fa la meccanica classica, quindi gli scienziati usano un’interpretazione probabilistica. La singola particella non si vede. Infatti può trovarsi in un determinato istante sia qui che lì. E lo scienziato deve appunto studiare dove potrebbe essere in base alla sua carica. Pensando al gatto come a un protone, il fisico riesce quindi a immaginarlo sia vivo che morto, allo stesso tempo. Perché? La ragione è che ogni atomo o particella si trova in una sovrapposizione di stati, ovvero può essere decaduto oppure non decaduto.
La sopravvivenza del gatto è legata a questo decadimento, e dunque il gatto va considerato sia vivo che morto fino a quando non si apre la scatola. In base a ciò non è mai possibile descrivere gli oggetti in modo classico utilizzando la fisica quantistica. Una particella, infatti, per la meccanica quantistica, può occupare più posti in un determinato istante. A ogni posizione possibile corrisponde una probabilità. Con l’osservazione, però, vi è una perturbazione irreversibile del sistema: la singola particella si sposta nel momento in cui la studiamo, e quindi il nostro studio è errato.
Cosa significa tutto ciò? Che l’intera realtà è indeterminata e indeterminabile. A livello quantistico, non siamo sicuri di niente!
