Il micio di Schrodinger

di Laura De Vita (IIIF)

Non vi è mai capitato di avere così tante cose da fare e così poco tempo per farle, da desiderare di trovarvi in più posti contemporaneamente?… no?… solo io?… Vabbè, che strani che siete. In ogni caso, questa particolare dote, che non è dono dell’essere umano, è propria delle particelle quantistiche, come l’elettrone. In questo articolo vedremo in cosa consiste l’esperimento mentale ideato dal fisico austriaco e che cosa ci dimostra.

Il cosa consiste? Questo paradosso, fu ideato da Erwin Schrodinger nel 1935, e richiede una serie di passaggi:

• Step 1: prendere un gatto (fig 1)
• Step 2: fare attenzione che il gatto in questione non vi graffi con i suoi mini-pugnali che tiene nascosti a mo’ di Ezio Auditore (fig 2)
• Step 3: mettere il gatto in una scatola, cosa che apprezzerà data la sua natura. (fig 3)
• Step 4: inserire nella scatola, in modo tale che il micio non la tocchi, una “macchina infernale”, ovvero un sistema composto da una fiala con del cianuro, del materiale radioattivo che si trova in un contatore Geiger (strumento che misura le radiazioni, in questo caso dovute al decadimento radioattivo) il quale è collegato a un martelletto. (fig 4)
• Step 5: aspettare un’ora. (fig 5)

Ora la situazione si complica. Mentre aspettiamo, c’è la possibilità che un atomo di questa sostanza radioattiva si disintegri, ciò verrà rilevato dal contatore che a sua volta lascerà cadere il martelletto proprio sulla fiala di veleno, uccidendo il gatto. Questo evento, però, potrebbe accadere, come non accadere, nel qual caso, al micio non accadrà niente. Il gatto quindi si troverà in uno stato molto particolare, ovvero che è vivo e morto allo stesso tempo, finché non apriremo la scatola per controllare.

Dovute precisazioni. Poiché sono a conoscenza della natura furbetta e maliziosa dell’essere umano, vorrei fare una serie di premesse:

• NO, non potete appoggiare l’orecchio alla scatola per sentire se il gatto miagola ancora, infatti essa è totalmente insonorizzata e impedisce anche il passaggio all’esterno di odori di qualsiasi tipo;
• NO, non potete guardare attraverso i buchi per l’aria, c’è un sistema di ventilazione per permettere all’animale di respirare ma che non permette di spiare all’interno;
• NO, non potete scuotere la scatola per alcun motivo;
• NO, non potete usare un termometro a infrarossi per vedere se la temperatura del gatto è tipica di un essere ancora vivo o no;
• NO, non potere rompere la scatola poiché è indistruttibile;
• INOLTRE Il gatto ha una scorta infinita di cibo, quindi non morirà né di sete, né di fame.

L’unico modo per capire lo stato in cui si trova il gatto è APRIRE LA SCATOLA, chiaro a tutti? claro para todos? Allora proseguiamo.

Come sono fatte queste particelle quantistiche? Per capire il senso del paradosso, dobbiamo comprendere due cose fondamentali: la natura di queste particelle e il “principio di sovrapposizione”:

• La natura delle particelle: queste particelle hanno la particolarità di comportarsi sia come un corpuscolo, che come un’onda. Questa caratteristica si può verificare con un esperimento realizzato mediante una sorgente luminosa (tipicamente LASER) il cui fascio luminoso incide su una parete sulla quale sono state realizzate 2 fenditure. Ci aspettiamo, quindi, che le particelle fotoniche passino ognuna per l’uno o l’altro buco giusto?… GIUSTO? Beh, sì e no, infatti accadono dei fatti curiosi: nel caso in cui le particelle vengano osservate (o rilevate mediante, ad esempio, con un rilevatore posto in corrispondenza di una delle 2 fenditure) , esse si disporranno sulla parete in due punti di accumulazione poiché attraverseranno solo UNA delle due fessure, come particelle normali (fig 6); invece, nel caso non vengano osservate (cioè non vi è alcun rilevatore posto sul loro percorso), esse si disporranno in vari punti di accumulazione, creando uno spettro di luminosità dove vi sono alcune fasce scure e altre chiare che è un risultato tipico dell’interferenza tra onde lumisose, mostrando, quindi, un comportamento tipico di un’onda, NON di una particella. Come se una singola particella passasse in contemporanea attraverso entrambe le fessure (fig 7). Questo ci porta al punto seguente.

• il “principio di sovrapposizione”: questo principio ci dice che le particelle quantistiche vengono rappresentate come l’insieme di tutti gli stati che possono occupare, quindi noi non sappiamo di preciso dove si trova una particella, ma sappiamo che c’è un probabilità statistica che si possa trovare in un luogo qualsiasi. Ad esempio c’è il 39% di possibilità che si trovi di qui, il 15% che si trovi là, il 21% che si trovi qua su e il 25% che si trovi qua giù, e noi non sapremo mai dove si trova finché non la osserviamo (fig 8) . È un po’ come se preso un mazzo di carte e disposta ogni carta in fila a testa in giù, ci poniamo come obbiettivo il trovare l’asso di picche. C’è un problema però, noi non sappiamo di preciso dove si trova, finché non lo andremo a controllare, quindi quella carta potrebbe trovarsi in qualsiasi posizione nella fila. Una particella che si trova in questo stato, si trova in una “super-posizione”, praticamente è ovunque e da nessuna parte, finché non viene osservata; in questo modo, tutte le possibilità collassano in un unico risultato e la posizione in cui la troveremo è pura casualità. L’equazione d’onda di Schodinger, serve proprio a cercare le possibili posizioni di una particella, senza però sapere per certo dove si trova.

Che cosa significa il paradosso del gatto di Schrodinger?  Le caratteristiche elencate prima, creano un gran problema, ovvero il fatto che non sono applicabili al macrocosmo (ovvero il “nostro mondo”), ma solo al microcosmo (il “mondo delle particelle”), creando una spaccatura. Ma che c’entra un povero micio avvelenato con tutto questo? L’obiettivo di Schrodigher era proprio dimostrare che il fatto che esistessero leggi diverse creava un paradosso, e questo ideando un esperimento mentale che riuscisse a creare un “ponte” tra macrocosmo, rappresentato dal gatto, e il microcosmo, rappresentato da materiale radioattivo che decade. In questo modo, unendo i due mondi, si forma una situazione impossibile nel macrocosmo, proprio come un gatto che è vivo e morto allo stesso tempo.

In conclusione. Chi avrebbe mai detto che un gattino un po’ strano avrebbe portato a un problema tanto complesso? Ci sono  varie teorie che hanno tentato di “risolvere” questo paradosso, ad esempio “l’interpretazione a molti mondi” di  Hugh Everett III, che trovate nelle fonti elencate e di cui, se volete, potrei parlare in futuro; nel frattempo, spero che questo articolo vi sia piaciuto e vi abbia fatto conoscere qualcosina in più sul nostro universo MOLTO strano e complesso, ma anche bello. Se avete domande, suggerimenti o semplicemente un’opinione che volete condividere, sarò felicissima di ascoltarvi. Alla prossima! (p.s nessun gatto è stato maltrattato nella produzione di questo articolo)

Fonti:

https://www.youtube.com/watch?v=RGS5uriMbxg&t=441s&ab_channel=LALUCEDELLAFISICA-Prof.Ghisu

https://www.focus.it/scienza/scienze/meccanica-quantistica-il-gatto-di-schrodinger-357159

https://www.geopop.it/paradosso-del-gatto-di-schrodinger-spiegazione/

https://www.geopop.it/il-futuro-della-fisica-si-chiama-meccanica-quantistica/