Il gatto di Schrödinger: spiegazione del famoso paradosso

Il gatto di Schrödinger è un famoso esperimento ipotetico che ha lo scopo di evidenziare un difetto nell’interpretazione di Copenhagen della sovrapposizione in quanto si applica alla teoria quantistica.

Si tratta di una versione un po’ semplificata dell’esperimento virtuale:

Un gatto vivo viene messo in una camera d’acciaio con un martello, una fiala di acido cianidrico e una piccolissima quantità di sostanza radioattiva. Se anche un solo atomo della sostanza radioattiva decade durante il periodo di prova, un meccanismo a relè farà scattare il martello, che a sua volta romperà la fiala di gas velenoso e causerà la morte del gatto.

Il fisico austriaco premio Nobel Erwin Schrödinger ha creato questo esperimento mentale nel 1935 per sottolineare il paradosso tra ciò che i teorici quantistici ritenevano vero sulla natura e il comportamento della materia a livello microscopico e ciò che la persona media osserva essere vero a livello macroscopico con l’occhio umano non assistito.

L’interpretazione di Copenhagen della fisica quantistica, che era la teoria prevalente all’epoca, proponeva che gli atomi o i fotoni esistano in stati multipli che corrispondono a diversi esiti possibili e le possibilità, chiamate sovrapposizioni, non si impegnano ad uno stato definito finché non vengono osservate.

L’esperimento di pensiero di Schrödinger è stato concepito per mostrare come sarebbe l’interpretazione di Copenhagen se la terminologia matematica usata per spiegare la sovrapposizione nel mondo microscopico fosse sostituita da termini macroscopici che la persona media potrebbe visualizzare e comprendere. Nell’esperimento, l’osservatore non può sapere se un atomo della sostanza si è decomposto o meno e, di conseguenza, non sa se la fiala si è rotta e il gatto è stato ucciso.

Secondo la legge quantistica secondo l’interpretazione di Copenhagen, il gatto sarà sia morto che vivo fino a quando qualcuno non guarderà nella scatola. Nel gergo della meccanica quantistica, la capacità del gatto di essere sia vivo che morto fino a quando non viene osservato viene definita indeterminazione quantistica o paradosso dell’osservatore. La logica alla base del paradosso dell’osservatore è la comprovata capacità dell’osservazione di influenzare i risultati.

Schrödinger ha accettato che la sovrapposizione esiste; durante la sua vita, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare la sua esistenza studiando l’interferenza delle onde luminose. Schrödinger si chiedeva, tuttavia, quando la risoluzione delle possibilità si verifichi effettivamente. Il suo esperimento di pensiero aveva lo scopo di far sì che la gente si chiedesse se fosse logico che l’osservazione fosse l’innesco. Il gatto non sarebbe stato vivo o morto, anche se non fosse stato osservato?

Einstein vide lo stesso problema con l’idea guidata dall’osservatore e si congratulò con Schrodinger per la sua intelligente illustrazione, dicendo: “questa interpretazione è, tuttavia, smentita, nel modo più elegante, dal vostro sistema di atomo radioattivo + contatore Geiger + amplificatore + carica di polvere da sparo + gatto in una scatola, in cui la funzione psi del sistema contiene il gatto sia vivo che fatto saltare in aria. Lo stato del gatto deve essere creato solo quando un fisico indaga la situazione in un determinato momento?”

Nel corso degli anni, l’analogia del gatto di Schrödinger è stata utilizzata per illustrare le teorie emergenti sul funzionamento della meccanica quantistica. Nell’interpretazione dei Molti Mondi della legge quantistica, ad esempio, il gatto è sia vivo che morto. In questa interpretazione, l’osservatore e il gatto esistono semplicemente in due realtà – una in cui il gatto è morto e una in cui il gatto è vivo.

Ciò che gli scienziati hanno imparato sulla natura della materia a livello microscopico e sul suo rapporto con ciò che gli esseri umani osservano a livello macroscopico non è stato ancora pienamente esplorato. Il ruolo dell’osservatore rimane una questione importante nello studio della fisica quantistica ed è una fonte inesauribile di speculazioni e congetture nel calcolo quantistico e nella cultura pop. Si dice che lo stesso Schrödinger abbia detto, più avanti nella vita, che avrebbe voluto non aver mai incontrato quel gatto.