Il paradosso del "gatto di Schrödinger"

 

Testo di Tiziano Cantalupi

 

Nel 1935 Erwin Schrödinger, nell’intento di dimostrare l’incompletezza e le contraddizioni insite nella teoria quantistica, propose, in un articolo passato ormai alla storia, un particolarissimo "esperimento mentale" che vedeva come protagonista il proprio gatto. Prima di entrare nel vivo dell’articolo nonché delle tesi avanzate da Schrödinger occorre dare alcuni cenni su talune particolari conseguenze della teoria quantistica: la teoria che regola le dinamiche della struttura fine della materia e le cui applicazioni sono oggi alla base delle più rilevanti innovazioni tecnologiche come il microchip, gli orologi digitali, i laser, i sistemi superconduttori, le apparecchiature per la diagnostica e la cura medica, ecc.

  

La sovrapposizione degli stati e l'atto di osservazione

Si immagini di avere davanti a sé due scatole che contengano ognuna un guanto di uno stesso paio. Ora, ancora prima di guardare dentro le scatole, un qualunque "osservatore" avrà la certezza che ciascuna di esse conterrà un guanto con un verso ben definito; la scatola di destra ad esempio potrà contenere un guanto destro, la scatola di sinistra un guanto sinistro e viceversa. Ma, se anziché usare guanti normali usassimo un paio di "guanti quantistici", il loro verso nelle rispettive scatole, verrebbe definito solo nel momento in cui si guardasse dentro una di esse. Nella versione ortodossa della teoria quantistica (e del formalismo matematico che ne stabilisce le regole) infatti, è l’atto di guardare ("osservare") all’interno di una delle due scatole che conferisce realtà alla coppia dei guanti. Prima che un osservatore guardi dentro una delle scatole i guanti si trovano in uno stato indefinito, sovrapposto, ove le caratteristiche -nella fattispecie il verso destro e sinistro- si confondono in una strana entità "destra-sinistra".

Un parallelo fisico di ciò che accade ai nostri guanti è possibile trovarlo nella radioattività. In talune sostanze radioattive la durata della vita degli atomi che le compongono può essere paragonata al verso dei guanti; essa può andare da un minimo (x) ad un massimo (y) con una escursione temporale che non può essere calcolata con esattezza: essa è sospesa "in uno stato sovrapposto" (x + y) sino al momento in cui uno sperimentatore decide di eseguire una misura, "un’osservazione", di radioattività (ad esempio guardando lo spostamento di un indice in un contatore Geiger) la qual cosa renderà oggettiva la vita, renderà oggettiva una determinata lunghezza di vita di taluni atomi che compongono la sostanza radioattiva.

Volendo esemplificare visivamente uno stato di sovrapposizione quantistico si può ricorrere alle immagini duplicemente ambigue caratteristiche dal movimento psicologico tedesco della Gestalt. Nei contorni che costituiscono le figure gestaltiche sono infatti contemporaneamente presenti i due significati da esse assunti. La figura di seguito riportata è concretamente e nello stesso momento la rappresentazione di un vaso e di due profili umani.

 

 Il paradosso e le sue interpretazioni

Espletate le premesse riguardo talune particolari regole della teoria quantistica affrontiamo nello specifico l’esperimento mentale proposto da Erwin Schrödinger.

All’interno di una scatola d’acciaio Schrödinger immagina di porre un gatto e una piccola quantità di sostanza radioattiva, la cui disintegrazione viene registrata da parte di un contatore Geiger il quale a sua volta mette in azione un martello che infrange una fialetta di veleno in forma gassosa. Ora volendo seguire alla lettera la teoria quantistica, sostiene Schrödinger, passato un certo periodo di tempo dall’istante in cui il gatto è stato messo all’interno della scatola e ha avuto inizio l’esperimento, ci si trova nella situazione in cui il momento della disintegrazione della sostanza radioattiva non può essere calcolato con esattezza (risultando tale momento sovrapposizione di più tempi) e quindi ci si trova nella impossibilità oggettiva di assegnare un reale stato di vita o di morte al gatto. Anzi ci si trova in una strana situazione ove la fiala di veleno risulta potenzialmente allo stesso tempo rotta e non rotta, con un gatto contemporaneamente vivo (fialetta non rotta) e morto (fialetta rotta).

Inoltre, prosegue Schrödinger, volendo ancora seguire alla lettera le regole quantistiche, se dopo un certo periodo dall’inizio del test la scatola d’acciaio viene aperta e lo sperimentatore osserva che il Geiger (attraverso lo spostamento dell’indice) mostra di aver rivelato una disintegrazione radioattiva, occorre ammettere che è stato l’atto di guardare ("osservare") dentro la scatola che ha ucciso il gatto, dando realtà alla situazione sperimentale, dando realtà alla disintegrazione radioattiva.

Sempre nell’ambito dell’analisi delle conseguenze "degli atti di osservazione" emerge un’ulteriore aspetto paradossale. Se lo sperimentatore decide di rimandare indefinitamente l’osservazione della scatola, il gatto resta nel suo stato schizofrenico di vita latente fino a quando non gli viene data una dimensione definitiva, in virtù della cortese, ma capricciosa curiosità di uno sperimentatore.

A questo punto il lettore si chiederà che risposte hanno dato i fisici quantistici alle argomentazioni tutt’altro che banali avanzate da Schrödinger. Per quanto concerne la possibilità di stati sovrapposti macroscopici come quelli che contraddistinguerebbero il gatto vivo-morto, la maggior parte dei fisici ritiene che non abbia senso estendere le "regole" della teoria quantistica al macromondo, quindi le conseguenze della sovrapposizione degli stati che nel nostro caso caratterizza la durata della vita di una disintegrazione radioattiva (ed il relativo stato di salute del gatto), deve rimanere confinata al livello microscopico. Una minoranza di fisici ritiene, invece, che occorra un profondo ripensamento degli rapporti macromondo-micromondo.

Per quanto riguarda il ruolo dello sperimentatore (dell’osservatore) per il crearsi della realtà. Il grosso degli esponenti della teoria quantistica ortodossa, ritiene che il ruolo dell’osservatore non possa essere eliminato ogni qualvolta entrano in gioco stati sovrapposti. Solo un osservatore con le sue scelte -che possono, ad esempio, riguardare il momento di verificare se si è avuta una determinata disintegrazione radioattiva- è in grado di dare significato (e quindi "risolvere") in un modo o in un altro uno stato sovrapposto.

 

 

1