venerdì, gennaio 23, 2015

Il gatto di Schrödinger (per newbie)

Alcune espressioni vengono citate per atteggiarsi a conoscitori di qualche argomento scientifico o letterario e diventano virali con l'aiuto dei media che utilizzano spesso riferimenti di tipo culturale per dare maggior credito ai contenuti che propongono: ho sentito negli ultimi anni utilizzare "il gatto di Schrödinger" per titoli di serie TV, in dibattiti, sui giornali e sulla rete, ma quanti hanno veramente inteso il senso del paradosso che lo scienziato aveva pensato ispirandosi forse al suo animale da compagnia?

La meccanica quantistica si basa su alcune ipotesi che ne determinano i meccanismi di calcolo ma che vanno accettate come fondamenta solide se si crede che la teoria sia completa e cioè che descriva tutti i parametri che la natura mette in gioco per far funzionare l'universo così come lo osserviamo; tra questi parametri però non ci sono le caratteristiche che normalmente utilizziamo per descrivere un oggetto macroscopico, come posizione e velocità. La conseguenza è che gli oggetti quantistici, per la teoria, non posseggono tali caratteristiche, almeno fino a quando non andiamo ad osservarli.

Provo a fare un parallelismo utilizzando come partenza una delle teorie più conosciute ed utilizzate ancora oggi: la gravitazione universale di Newton. La famosa formula, che ha funzionato alla perfezione fino al 1916 (anno della pubblicazione della relatività generale), dice che due corpi si attraggono proporzionalmente alla loro massa (più sono pesanti e più si attraggono) ed inversamente alla loro distanza (più sono lontani e meno si attraggono) ma non descrive in alcun modo i meccanismi che stanno dietro a tale attrazione; leggendo la formula si può soltanto immaginare una forza invisibile, la gravità, che agisce su tutti i corpi dotati di massa, ma non sapendo come tale forza si propaghi nello spazio ed a che velocità lo faccia. Ebbene, pur non conoscendo questi particolari, con quella formula l'uomo ha messo in orbita satelliti, sparato missili, calcolato e previsto i movimenti dei corpi celesti, etc...
Solo con Einstein e la sua relatività abbiamo compreso alcuni meccanismi di distorsione dello spazio-tempo e reso la teoria, oltre che infallibile nei calcoli, anche comprensibile nel funzionamento.

Tornando alla meccanica quantistica proprio la sua infallibilità predittiva ha fatto pensare che le ipotesi su cui fonda fossero una perfetta descrizione del funzionamento dell'universo e che i parametri in gioco fossero esaustivi, che non mancasse nulla, insomma che fosse una teoria completa, un po' come poteva sembrare a suoi tempi la teoria di Newton (sebbene molti fisici per anni non esitarono a criticare la gravità generale per la sua "superficialità").

Vorrei ribadire quali sono queste basi fondamentali così scandalose da aver innescato uno dei dibatti scientifici più aspri e profondi nella storia della fisica. Molto semplicemente una delle ipotesi di partenza della meccanica quantistica è che non ci possano essere informazioni inerenti ad un oggetto quantistico (es. un elettrone) fino a quando non si effettui una misura su di esso: detta così potrebbe sembrare una banalità perché anche nel mondo macroscopico per conoscere alcune informazioni dobbiamo eseguire delle misure. La differenza è che, se giochiamo con una palla, possiamo chiudere gli occhi (smettere di osservare equivale a smettere di misurare) ed essere certi che la palla, se tirata nella giusta direzione, ci colpirà in faccia, mentre  nel infinitesimamente piccolo le traiettorie delle particelle proprio non esistono e quindi la particella non avrà alcuna posizione (o velocità) fino a quando non andremo ad osservarla (e solo allora potrebbe colpirci in pieno)!! O almeno così la teoria quantistica ci racconta per poter funzionare bene.

Ed il paradosso? Il povero gatto viene chiuso in una scatola insieme ad un meccanismo che innesca la fuoriuscita di veleno nel momento in cui un atomo particolare decade (emette radiazione); siccome il decadimento è un meccanismo quantistico, nessuno potrà dire (seguendo i diktat della teoria) se l'atomo è decaduto o meno fino a quando qualcuno non aprirà la scatola. Fino ad allora l'atomo sarà in una sovrapposizione di stati (sia decaduto che non decaduto) e di conseguenza anche il malcapitato felino si troverebbe in uno stato latente di "morto" e "non morto" fino all'intervento del crudele scienziato che, aprendo la scatola ed osservando (cioè misurando), potrebbe dare notizie sulla salute del gatto e sul decadimento dell'atomo. Tutto ciò risulta incomprensibile per noi che viviamo in un mondo in cui, pur non osservando continuamente la luna, conosciamo bene la sua posizione ed anche possiamo prevederne l'influenza sulle maree (anche se è nuvoloso e non possiamo goderne la visione); nel mondo quantistico le cose sembrerebbero diverse ma è pur vero che queste sovrapposizioni di stati spariscono mano a mano che gli oggetti diventato più grandi e mi sento di rassicurare tutti i possessori di gatti: il vostro gatto probabilmente è vivo a casa che vi aspetta facendo le fusa!

Posta un commento