Il paradosso del gatto di Schrödinger, spiegato

Lo “spiegone” dell’esperimento mentale del 1935 ad opera di Erwin Schrödinger, in cui un gatto può essere sia vivo che morto nello stesso momento.

Un gatto viene chiuso in una scatola che contiene del gas velenoso e radioattivo a lento rilascio. È vivo o è morto? Non si tratta di un qualche macabro esperimento o di violenza sugli animali, ma di un test mentale ideato nel 1935 da Erwin Schrödinger per dimostrare i limiti dell’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica.

Cosa vuole dimostrare il paradosso del gatto di Schrödinger

Il nocciolo dell’esperimento mentale e` il mostrare il paradosso a cui si potrebbe giungere partendo dal punto cardine dell’interpretazione della meccanica quantistica di Bohr e Heisenberg (detta “Interpretazione di Copenhagen“), ovvero la descrizione dei sistemi microscopici come una superposizione di diversi stati fisici nello stesso momento (come ad esempio il fatto che un nucleo atomico instabile possa essere decaduto o meno), almeno fino a quando essi interagiscono con l’ambiente esterno o vengono osservati, momento in cui la superposizione degli stati possibili collassa in uno solo dei possibili stati. L’esperimento prevede che un gatto venga messo dentro a una scatola isolata, in cui c’è un meccanismo in grado di emettere del gas letale. Il gatto non può interferire con il meccanismo, il quale puo’ essere attivato da un evento su scala microscopica, in questo caso il decadimento di un nucleo atomico. Ma secondo l’interpretazione di Copenhagen, il nucleo atomico instabile si trova in una superposizione di stati finche’ non viene osservato, ad esempio puo’ essere contemporaneamente decaduto o non decaduto. E fino a qui nulla che davvero ci disturbi, dato che la nostra esperienza diretta del mondo microscopico nella vita quotidiana e’ estremamente ridotta.

Ma cosa succederebbe se il decadimento del nucleo atomico, con la conseguente emissione di un fotone gamma, potesse attivare un meccanismo in grado, ad esempio, di liberare il veleno mortale nella scatola? In quel caso il destino del gatto sarebbe legato a doppio filo a quello del nucleo atomico, ed e’ qui che giungiamo al paradosso: anche Il gatto, ovvero un sistema macroscopico, si troverebbe in una superposizione contemporanea di stati, vivo e morto nello stesso momento fino a quando non viene compiuta un’osservazione! Qualcosa che si fatica a conciliare con la nostra esperienza macroscopica della realta’ quotidiana.

Per capire fino in fondo l’esperimento dobbiamo tralasciare per un attimo il gatto e andare nel mondo delle particelle di cui sono fatti gli atomi, ovvero elettroni e protoni, che effettivamente si possono trovare nello stesso istante in stati diversi.

Se il gatto dovesse essere paragonato agli atomi, potrebbe essere sia vivo che morto nello stesso momento. Questo apparente paradosso nasce dal fatto che nella meccanica quantistica non si possono descrivere classicamente gli oggetti, ma si ricorre ad una rappresentazione probabilistica. Per dimostrare che una particella può collocarsi in diverse posizioni, per esempio, la si descrive come una soggetta a una distribuzione di probabilita’ (legata alla cosidetta funzione d’onda) di trovarsi in tutte le posizioni che può assumere. Sara` poi compiendo una misurazione della posizione della particella che la sua funzione d’onda collassera’ su un particolare valore della posizione dello spazio, ovvero il risultato della misura.

Un esperimento mentale che gia’ alla sua prima formulazione, nel 1935, provoco’ dibattiti serrati. E ancora oggi continua ad essere un approccio standard nella discussione delle interpretazioni moderne della meccanica quantistica.

Fonte: Griffiths, David J.; Schroeter, Darrell F. (2018). Introduction to quantum mechanics (3rd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-18963-8. OCLC 1030447903