Quello del gatto di Schrödinger è uno degli esperimenti teorici più conosciuti al mondo. Tale esperimento è nato per spiegare il paradosso della meccanica quantistica applicata ad un sistema fisico macroscopico. Ma al giorno d’oggi è divenuto un esempio chiave per far comprendere meglio la fisica quantistica. Ai più è però conosciuto perché oggetto di vignette e scene ironiche.

L’esperimento teorico del gatto di Schrödinger rappresenta ormai, come anche il paradosso dei gemelli, uno degli esempi più comuni che si sentono in una lezione di fisica. Si usa questo esempio per spiegare il principio di incertezza della meccanica quantistica. Tale paradosso però è molto conosciuto anche al di fuori dell’ambito accademico tra vignette e scene umoristiche. Un esempio è una scena dell’episodio 1×17 della serie The Big Bang Theory. Penny chiede un consiglio sulla sua relazione con Leonard a Sheldon (ovviamente la persona più adatta per risolvere la questione). Lo scienziato paragona la situazione sentimentale tra i due al gatto di Schrödinger, esempio che porta incomprensione tra Penny e Sheldon.

Come è nato l’esperimento del gatto di Schrödinger

Nel 1935 Schrödinger formulò il paradosso per mettere in mostra le contraddizioni dell’Interpretazione di Copenhagen della teoria quantistica proposta da Bohr. Questa prevede che uno stato quantico sia descritto da una sovrapposizione di più sistemi. Quando si va ad effettuare una misurazione di un parametro, si conosceranno di conseguenza anche i valori di tutti gli altri. In risposta a ciò venne ipotizzato l’esperimento del gatto di Schrödinger.

gatto di Schrödinger
Credit: https://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_del_gatto_di_Schr%C3%B6dinger

Si rinchiuda un gatto in una scatola di acciaio insieme ad un sistema che può ucciderlo, ma che il gatto non può manipolate in alcun modo. Tale sistema è costituito da un contatore Geiger collegato ad una fialetta contenente cianuro. All’interno del contatore è presente una sostanza radioattiva in piccola quantità, in modo che in un’ora ci sia la possibilità che almeno un atomo si disintegri. Se ciò accade, il gas velenoso verrà rilasciato e ucciderà il gatto, altrimenti la fialetta rimarrà integra. Dopo un’ora, tenendo la scatola chiusa, per lo scienziato coesistono due situazioni che hanno il 50% ciascuna di probabilità di essere vere: il gatto può essere vivo o essere morto. Solo aprendo la scatola si potrà osservare quale delle due sia vera.

La risposta di Bohr

Bohr riuscì comunque a controbattere all’esperimento ideato da Schrödinger. Secondo lui il gatto non era altro che un osservatore del sistema quantistico rappresentato dalla sostanza radioattiva. Se l’atomo non si disintegra il gatto resta in vita, altrimenti muore. Perciò uno di questi eventi si verifica indipendentemente dall’osservazione dello scienziato al di fuori della scatola. Questo però pone un confine tra il sistema microscopico (sostanza radioattiva) regolato dalle leggi quantistiche e sistema macroscopico (gatto) che segue invece la meccanica classica. Ed è così che l’esperimento del gatto di Schrödinger divenne un esempio che rappresenta gli aspetti meno intuitivi della fisica quantistica.

Michele Sciamanna

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1 commento

  1. Ripercorrendo la questione del GATTO DI SCHRÖDINGER, ho l’impressione che certi pensano di iniziare ad interagire con l’esperimento solo dopo che, alla fine dello stesso, si mettono il camice bianco e vanno a vedere cosa è successo.

    L’interazione con l’esperimento avviene invece da subito.

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    Paradosso del Gatto di Schrödinger-1935 (da Wikipedia):

    “Si rinchiuda un gatto in una scatola d’acciaio insieme alla seguente macchina infernale (che occorre proteggere dalla possibilità d’essere afferrata direttamente dal gatto): in un contatore Geiger si trova una minuscola porzione di sostanza radioattiva, così poca che nel corso di un’ora forse uno dei suoi atomi si disintegrerà, ma anche, in modo parimenti probabile, nessuno; se l’evento si verifica, il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto che rompe una fiala con del cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato questo intero sistema per un’ora, si direbbe che il gatto è ancora vivo se nel frattempo nessun atomo si fosse disintegrato, mentre la prima disintegrazione atomica lo avrebbe avvelenato.”

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    Si discute sul fatto che, visto che è impossibile sapere, prima di aprire la scatola, se il gas sia stato rilasciato o meno, fintanto che la scatola rimane chiusa il gatto si trova in uno stato indeterminato: sia vivo sia morto!

    Eventuali errori concettuali nei ragionamenti svolti:

    1) La scatola d’acciaio non è perfettamente ermetica! Dunque, la scatola, agli “occhi” dell’osservatore, è sempre aperta!!!!! Non esistono scatole perfettamente ermetiche, a livello termico o gravitazionale.
    La funzione d’onda collasserebbe in tempo in ogni caso, in quanto è impossibile che la scatola che contiene gatto, fiala, contatore e sostanza radioattiva sia perfettamente ermetica. Io osservatore esterno interagisco da subito con l’esperimento, ad esempio con la forza di gravità che esercito sul gatto, sulla fiala, sul contatore e sulla e sostanza radioattiva (oppure col calore del mio corpo, che trasmetto verso di loro ed attraverso la scatola non perfettamente ermetica). Dunque, il gatto sarà sicuramente o vivo o morto e non un mix delle due cose. Non posso, tra l’altro, neppure negare di conoscere la sorte del gatto fino all’apertura della scatola, in quanto, sempre in virtù della impossibilità di una ermeticità perfetta della scatola, la morte eventuale del gatto da subito mi influenza, trasmettendomi meno calore (corpo freddo del gatto morto), cambiando, anche se in modo quasi impercettibile, il mio stato fisico di osservatore perenne e forzato. Altrettanto dicasi per il gatto vivo, più caldo, che mi trasmette inesorabilmente più calore, influenzandomi inesorabilmente e dunque trasmettendomi inesorabilmente informazioni (termiche) sul suo stato, anche se da me osservatore non consciamente richieste.

    2) La fisica quantistica concederebbe all’osservatore la possibilità di scegliere se osservare o meno. Assurdo!!! L’osservatore non è libero! Deve osservare! Sempre!
    Il Dio di Einstein, quello che non gioca ai dadi, per intenderci, non concede questa libertà. L’osservatore non è libero di astenersi dall’osservare. Se non guardo la Luna, la Luna esiste? La mia risposta è sì, corredata dalla osservazione secondo cui io non posso di fatto smettere di guardare la Luna, in quanto, anche se girato di schiena, interagisco forzatamente con essa a livello gravitazionale (è un guardarla anche quello). Io, sin dall’inizio, influenzo gli eventi all’interno della scatola di Schrödinger tramite, ad esempio, il campo gravitazionale generato dal mio corpo, o anche dal calore trasmesso dal mio corpo. E se anche io volessi stare con gli occhi chiusi, a fine esperimento, il maggior calore trasmesso dal gatto (eventualmente vivo), o minore, in caso di gatto morto, calore contro il quale la scatola d’acciaio non è perfettamente ermetica, informa forzatamente il mio corpo sullo stato del gatto!

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