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Erwin Schrödinger e il paradosso quantistico: il gatto che ha rivoluzionato la fisica
Scienza e Fisica Quantistica
Il 17 febbraio, in occasione della Giornata Mondiale del Gatto, è impossibile non menzionare uno degli esperimenti mentali più celebri della fisica teorica: il paradosso del gatto di Schrödinger. Questo concetto, divenuto un'icona della meccanica quantistica, continua a stimolare riflessioni non solo tra gli scienziati, ma anche tra il grande pubblico, grazie alla sua diffusione nella cultura pop. Ma chi era il fisico dietro questa formulazione e quale fu il suo intento scientifico?
di Francesca Lanza
Erwin Schrödinger: un pioniere della meccanica quantistica
Erwin Schrödinger (1887-1961), nato a Vienna, è stato uno dei principali artefici della meccanica quantistica, disciplina che ha ridefinito la comprensione della realtà microscopica. La sua equazione d'onda, pubblicata nel 1926, costituisce una delle colonne portanti della fisica teorica moderna, e fornisce una descrizione rigorosa e matematica dell'evoluzione temporale della funzione d'onda associata a un sistema quantistico. Grazie a questa formulazione, si è potuto comprendere il comportamento delle particelle subatomiche non più come entità con traiettorie definite, ma come distribuzioni di probabilità che obbediscono a leggi ondulatorie, in netto contrasto con l'intuizione classica della fisica newtoniana.
Nonostante il contributo fondamentale alla formulazione della meccanica quantistica, Schrödinger nutriva forti perplessità nei confronti di alcune delle sue implicazioni più controverse. In particolare, la cosiddetta interpretazione di Copenaghen, sostenuta da Niels Bohr e Werner Heisenberg, assegnava un ruolo essenziale all'atto dell'osservazione nel determinare lo stato di un sistema quantistico, una prospettiva che Schrödinger trovava insoddisfacente e problematica. Fu proprio questa insoddisfazione a spingerlo a formulare il celebre paradosso del gatto, un esperimento mentale concepito per mettere in discussione l'applicabilità di tali principi al mondo macroscopico e per evidenziare le contraddizioni insite nell'interpretazione dominante dell'epoca.
Il paradosso del gatto di Schrödinger
Nel 1935, Schrödinger ideò un esperimento mentale per evidenziare le apparenti incongruenze dell'interpretazione di Copenaghen quando applicata agli oggetti macroscopici. Il ragionamento è il seguente:
Si colloca un gatto in una scatola sigillata.
All'interno della scatola vi è un dispositivo contenente una sostanza radioattiva con una probabilità del 50% di decadere entro un certo intervallo di tempo. Se il decadimento avviene, un meccanismo rompe una fiala di veleno, uccidendo il gatto.
Secondo la meccanica quantistica, fino a quando non si apre la scatola per osservare il sistema, il gatto esiste in una sovrapposizione di stati: sia vivo che morto contemporaneamente. Solo l'atto dell'osservazione causa il collasso della funzione d'onda, determinando una delle due possibili realtà.
Questo paradosso non fu formulato per dimostrare la validità della sovrapposizione quantistica nel mondo macroscopico, bensì per sottolineare le difficoltà concettuali dell'interpretazione standard della meccanica quantistica. In effetti, Schrödinger stesso trovava assurdo che un oggetto macroscopico potesse realmente esistere in due stati contemporaneamente.
Le implicazioni della meccanica quantistica
La meccanica quantistica ha introdotto principi che sfidano la nostra intuizione classica:
Sovrapposizione quantistica: un sistema quantistico può esistere in una combinazione di stati diversi fino a che non viene effettuata una misurazione.
Entanglement quantistico: particelle correlate possono influenzarsi istantaneamente a distanza, un fenomeno che Einstein definì "un'azione spettrale a distanza".
Principio di indeterminazione di Heisenberg: è impossibile determinare simultaneamente con precisione assoluta la posizione e la velocità di una particella.
Se queste leggi descrivono con straordinaria accuratezza il comportamento delle particelle subatomiche, emergono interrogativi profondi sulla loro applicabilità agli oggetti macroscopici. Perché il mondo che percepiamo segue le leggi della fisica classica, mentre il mondo quantistico sembra obbedire a regole diverse?
Il problema della transizione tra il microscopico e il macroscopico
Una delle questioni ancora aperte nella fisica teorica riguarda il confine tra il comportamento quantistico e quello classico. Diverse interpretazioni sono state proposte per spiegare questa transizione:
Decoerenza quantistica: secondo questa teoria, gli stati quantistici si "disperdono" rapidamente in sistemi complessi a causa delle interazioni con l'ambiente esterno, rendendo impossibile l'osservazione di fenomeni di sovrapposizione a livello macroscopico.
Interpretazione a molti mondi: suggerisce che ogni possibile esito di un evento quantistico si realizzi in un universo parallelo distinto, evitando la necessità di un collasso della funzione d'onda.
Modelli di collasso oggettivo: ipotizzano che il collasso della funzione d'onda sia un processo fisico reale, indipendente dall'osservatore, che si verifica con maggiore probabilità per sistemi di dimensioni crescenti.
La ricerca di una teoria unificata
Nonostante il successo della meccanica quantistica nel descrivere il mondo microscopico, rimane il problema di integrare questa teoria con la relatività generale, che governa la gravità e i fenomeni su larga scala. La ricerca di una teoria della gravità quantistica è uno degli obiettivi primari della fisica moderna. Diverse teorie, tra cui la gravita quantistica a loop e la teoria delle stringhe, cercano di conciliare questi due pilastri della fisica, ma una soluzione definitiva ancora non esiste.
Il gatto di Schrödinger: un paradosso senza tempo
Il paradosso del gatto di Schrödinger rimane un punto di riferimento nella discussione sulle fondamenta della meccanica quantistica. Oltre a stimolare interrogativi di natura fisica e filosofica, ha trovato un'eco significativa nella cultura contemporanea, apparendo in letteratura, cinema e persino nella divulgazione scientifica attraverso meme e riferimenti pop.
Pur essendo nato come un esperimento mentale per criticare l'interpretazione di Copenaghen, il gatto di Schrödinger continua a essere un simbolo delle profonde stranezze della meccanica quantistica. Finché non avremo una teoria definitiva che spieghi la transizione tra il mondo quantistico e quello macroscopico, possiamo solo affermare che la questione rimane "nella scatola", in attesa di una soluzione definitiva.
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Erwin Schrodinger e il paradosso quantistico
