Parliamo del gatto tra i più discussi e famosi della storia, soprattutto in ambito scientifico: il gatto di Schrödinger. Il paradosso del gatto sorge da una domanda: è vivo o morto? La risposta finale non sarà del tutto appagante, ma prima bisogna spiegare cosa rappresenta e perché a noi pare così paradossale.
Il quadro della ricerca scientifica
Nei primi anni del XX secolo la società scientifica subisce un colpo che ancora oggi la percuote. Un tedesco, Max Planck, propone una nuova idea: l’energia è “scambiata in pacchetti discreti”, i quanti. Ma cosa significa? Immaginiamo un set Lego, esso è composto da numerosi blocchi, e questi blocchi sono l’unità fondamentale del set, sono la più piccola grandezza indivisibile, non si possono avere 0,5 blocchi, nemmeno 1,3: solo un numero intero positivo o nullo. Ora, per capire cosa sono i quanti, bisogna applicare questo esempio alla realtà: i quanti sono i blocchi più piccoli e indivisibili di ogni grandezza. Questa scoperta comporta un altro problema: prima la luce si era sempre vista come onda, ora invece si comporta da particella (poi più avanti verrà descritta come contemporaneamente onda e particella). Albert Einstein approfondirà le ricerche, altri scienziati come Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e molti altri svilupperanno ciascuno la propria ipotesi.
Nel 1926, Schrödinger pubblica la sua celebre equazione alla base della meccanica quantistica. Non intendo spiegarla nei minimi dettagli in questo contesto - sarebbe troppo complicato! - ma è importante l’interpretazione ad essa data da Max Born: l’equazione di Schrödinger descrive la probabilità che un certo quanto, una particella, abbia una determinata posizione per una data energia. Per capire meglio come funziona questo aspetto probabilistico, ci avvaliamo del gatto.
Nel 1926, Schrödinger pubblica la sua celebre equazione alla base della meccanica quantistica. Non intendo spiegarla nei minimi dettagli in questo contesto - sarebbe troppo complicato! - ma è importante l’interpretazione ad essa data da Max Born: l’equazione di Schrödinger descrive la probabilità che un certo quanto, una particella, abbia una determinata posizione per una data energia. Per capire meglio come funziona questo aspetto probabilistico, ci avvaliamo del gatto.
Ipotizziamo un gatto chiuso in una scatola. Dentro questa scatola è presente una minuscola quantità di una sostanza radioattiva. Se un atomo di questa sostanza si disintegra, un contatore Geiger lo segnala e aziona un meccanismo che distrugge una fiala, rilasciando cianuro e garantendo la morte del gatto. La particolarità sta nel fatto che, ipoteticamente, dopo un’ora, lasciando la scatola chiusa e indisturbata, la sostanza ha il 50% di probabilità che un atomo si disintegri e il 50% di probabilità di rimanere intatta. Esaminando i due casi, nell’uno il gatto è morto, nell’altro è vivo, ma noi non possiamo saperlo, poiché ancora non abbiamo aperto la scatola. Però sappiamo che il gatto ha il 50% di probabilità di essere morto e il 50% di essere vivo. Esprimendolo nella notazione matematica propria della meccanica quantistica:
è lo stato del gatto, che può essere 
o 
, entrambi con una probabilità di ½ (bisogna prendere il quadrato di ciascun coefficiente), ovvero in percentuale 50%. Ora bisogna immaginare questo tipo di operazione per una serie potenzialmente infinita di stati e probabilità diverse e si otterrà la vera forma dei quanti, una somma di possibili stati. La risposta finale è dunque… il gatto è metà vivo e metà morto finché non lo osserviamo. Dire “sia vivo sia morto” non è del tutto corretto se proprio bisogna essere pedanti, poiché uno stato esclude l’altro categoricamente, come il fatto accertato che una moneta cada nello stato “testa” esclude la possibilità che sia caduta nello stato “croce”, ma è accettabile come definizione per capire il paradosso a livello intuitivo.
Com’è possibile?
Immaginarlo in una natura come la nostra sarebbe totalmente controintuitivo: come fa un gatto ad essere mezzo vivo e mezzo morto? Sarebbe impossibile! Infatti Schrödinger non intende dimostrare nulla della fisica classica, quella di Galileo, Newton, Lagrange, Gauss, Maxwell e così via. Egli vuole dimostrare come si comportino le particelle nel mondo microscopico mediante un esempio a noi vicino, tangibile. Non dobbiamo pensarlo come “gatto che può essere vivo o morto”, dobbiamo pensarlo come, ad esempio, “elettrone che si può trovare nella posizione 1, 2, 3 e così via”.
Immaginarlo in una natura come la nostra sarebbe totalmente controintuitivo: come fa un gatto ad essere mezzo vivo e mezzo morto? Sarebbe impossibile! Infatti Schrödinger non intende dimostrare nulla della fisica classica, quella di Galileo, Newton, Lagrange, Gauss, Maxwell e così via. Egli vuole dimostrare come si comportino le particelle nel mondo microscopico mediante un esempio a noi vicino, tangibile. Non dobbiamo pensarlo come “gatto che può essere vivo o morto”, dobbiamo pensarlo come, ad esempio, “elettrone che si può trovare nella posizione 1, 2, 3 e così via”.
Perché?
Schrödinger si trova in un periodo alquanto confusionario della fisica: relatività, quanti, dualismo onda-particella, principio di indeterminazione, entanglement, particelle subatomiche, probabilità… tutto il tempio maestoso che la fisica classica si era costruito nei millenni tutt’a un tratto si sgretola. Einstein, tra i creatori stessi della fisica quantistica, la definisce incompleta, secondo il fisico Richard Feynman: “Se capisci la meccanica quantistica, non capisci la meccanica quantistica”: è dunque chiaro il quadro complessivo della scienza nel periodo dei primi pionieri di questa nuova dottrina.
Un esempio tangibile e ormai cimentato nella cultura della nostra società, quello del gatto, è quasi una manna dal cielo, soprattutto per chi ancora non conosce la fisica quantistica nella sua bellezza. Essa rappresenta un'unione tra fisica, chimica, filosofia, matematica, informatica (i computer quantistici sono infatti quasi necessari per la crittografia). Una teoria che è nata da un “salto di fede” quasi kierkegaardiano, che poi si è rivelata nel suo quadro sempre più completo (seppur chiaramente non è ancora completa). Questo ci insegna che talvolta dobbiamo sviare dalla “via maestra”, proseguire verso la nostra strada, per poter conseguire qualcosa di enorme, fare un “salto di fede”. Solo così si svilupperà un nuovo pensiero, come solo il pioniere, l’avventuriero scoprirà nuove terre.
Ogni rivoluzione scientifica ci costringe ad adottare un nuovo modo di vedere la scienza, una nuova ottica che distrugge quella precedente.
Schrödinger si trova in un periodo alquanto confusionario della fisica: relatività, quanti, dualismo onda-particella, principio di indeterminazione, entanglement, particelle subatomiche, probabilità… tutto il tempio maestoso che la fisica classica si era costruito nei millenni tutt’a un tratto si sgretola. Einstein, tra i creatori stessi della fisica quantistica, la definisce incompleta, secondo il fisico Richard Feynman: “Se capisci la meccanica quantistica, non capisci la meccanica quantistica”: è dunque chiaro il quadro complessivo della scienza nel periodo dei primi pionieri di questa nuova dottrina.
Un esempio tangibile e ormai cimentato nella cultura della nostra società, quello del gatto, è quasi una manna dal cielo, soprattutto per chi ancora non conosce la fisica quantistica nella sua bellezza. Essa rappresenta un'unione tra fisica, chimica, filosofia, matematica, informatica (i computer quantistici sono infatti quasi necessari per la crittografia). Una teoria che è nata da un “salto di fede” quasi kierkegaardiano, che poi si è rivelata nel suo quadro sempre più completo (seppur chiaramente non è ancora completa). Questo ci insegna che talvolta dobbiamo sviare dalla “via maestra”, proseguire verso la nostra strada, per poter conseguire qualcosa di enorme, fare un “salto di fede”. Solo così si svilupperà un nuovo pensiero, come solo il pioniere, l’avventuriero scoprirà nuove terre.
Ogni rivoluzione scientifica ci costringe ad adottare un nuovo modo di vedere la scienza, una nuova ottica che distrugge quella precedente.
(Lettura consigliata a riguardo: Anna Parisi e Valentina Schettini, Quanti quanti?)
Jacopo Parissenti (3ALAV)