Gatto di Schrodinger: uno dei paradossi più interessanti della fisica moderna

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Il mondo della fisica moderna è sempre stato caratterizzato da esperimenti mentali volti a spiegare alcune teorie e principi troppo astratti per essere compresi dalla mente umana. Uno dei più grandi esperimenti mentali è quello del Gatto di Schrodinger volto a mostrare come la meccanica quantistica possa produrre risultati paradossali se si applica a un sistema macroscopico. Questo esperimento è stato fondamentale perché ha mostrato come le leggi che governano il microscopico non siano le stesse che governano la realtà macroscopica. Iniziamo ora la descrizione di uno degli esperimenti più paradossali della storia!

Che cosa si intende con l’espressione gatto di Schrodinger?

Con l’espressione gatto di Schrodinger nella cultura di massa si indica un esperimento mentale  ideato nel 1935 dal fisico Erwin Schrodinger per dimostrare come le leggi della meccanica quantistica diventino paradossali se applicate a un sistema macroscopico. L’esperimento venne condotto all’interno della diatriba fisica riguardante il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen che criticava l’entanglement quantistico, una caratteristica fondamentale dei sistemi quantistici. Schrodinger condivideva lo scetticismo e con questo esperimento dimostrò proprio la paradossalità della fisica quantistica applicata a un sistema non microscopico.

Gatto di Schrodinger: analisi dell’esperimento

Generici, gatto schrodinger: analisi dell\'esperimentoVeniamo ora alla descrizione concreta dell’esperimento: Schrodinger suppose di inserire un gatto in una scatola con una piccola quantità di sostanza radioattiva e una fiala di cianuro azionabile con un martelletto (specifichiamo che la struttura martelletto-cianura non poteva essere azionata o rotta involontariamente dal gatto, ma solo dal decadimento della sostanza). il martelletto della fiale poteva essere azionato solo dal distacco di un atomo radioattivo dalla sostanza inserita. Durante l’ora per cui durò l’esperimento non si poteva prevedere se la sostanza radioattiva avrebbe rilasciato un atomo e quindi il martelletto sarebbe entrato in funzione rompendo la fiala di cianuro e di conseguenza avrebbe ucciso il gatto, entrambe le soluzioni potevano essere probabili o meno, nessuno senza aprire la scatola avrebbe potuto decretare la conclusione dell’esperimento.

Il gatto di Schrodinger è vivo o morto?

Generici, gatto schrodinger è vivo mortoEcco che come dicevamo nella descrizione dell’esperimento non possiamo sapere se il gatto sia vivo o morto, possiamo solo dire che finché non si apre la scatola il gatto sarà contemporaneamente  vivo e contemporaneamente morto, ma ovviamente questo risultato è paradossale, proprio come aveva voluto dimostrare Schrodinger. Ma perché è così paradossale questo esperimento?

Schrodinger voleva opporsi all’interpretazione della fisica quantistica di Bohr e Heisenberg che nel caso delle particelle subatomiche prevedeva che al tempo stesso potessero essere sia decadute che non decadute e l’acquisizione di uno stato avvenisse solo tramite un’osservazione diretta. in realtà essendo particelle molto piccole e non osservabili a occhio nudo era meno complicato credere a questa dualità decaduto- non decaduto, ma quando lo stesso identico concetto lo si applicò ad un gatto si capì subito quanto tali leggi fossero paradossali fuori da un campo microscopico. In conclusione nessuno può sapere se il gatto è vivo o morto così come non possiamo sapere la precisa collocazione di una particella subatomica nello spazio se non al momento della misurazione e idem la sorte del gatto può essere scoperta solo con l’apertura della scatola.

Interpretazioni differenti dell’esperimento

Di questo esperimento sono state date altre interpretazioni in risposta a Schrodinger. Secondo l’interpretazione data da Bohr è lo stesso sistema di misura interno alla scatola che fa la misurazione (e quini non l’uomo) e in questo modo è facile decretare il risultato, se l’atomo è decaduto il gatto è morto, se non lo è il gatto vive ancora.

La seconda interpretazione di Everett, più complicata, le due possibilità sono entrambe verificate, ma non è possibile renderseno conto perchè grazia all’entanglement e al sistema di decoerenza la sovrapposizione riguarda l’intero universo. L’osservatore vede realizzata solo una delle due possibili alternativi perché egli stesso vive in uno solo dei due stati possibili dell’intero universo.

Equazione di Schrodinger: che cos’è e cosa descrive

L’equazione di Schrodinger venne ideata e proposta nel 1926 quando il fisico propose un modello ondulatorio per la descrizione del comportamento dell’atomo di idrogeno. Schrodinger propose il comportamento dell’elettrone attorno al nucleo come quello di un onda stazionaria e propose quindi un equazione di onda stazionaria con la quale si rappresentò l’onda associata all’elettrone. tale equazione non ha un risultato preciso ma ad esse è associato un ben determinato valore di energia. Come conclusione da questa legge si capì che il movimento orbitante dell’elettrone attorno al nucleo è tridimensionale è scandito dai primi tre numeri quantici n, l ed m. Questi numeri quantici se inseriti nell’equazione vanno a definire l’orbitale in dimensione forma e orientamento nello spazio e lo risolvono.

 Meccanica quantistica: quando nasce e di cosa si occupa

Generici, interpretazioni differenti dell\'esperimentoLa meccanica quantistica nasce a inizi del ‘900 quando ormai le leggi della fisica classica vengono superate in quanto non più valide per le nuove scoperte e conoscenze scientifiche. Nel 1900 la fisica classica entrò in crisi per la sua incapacità di accorpare la natura ondulatoria di alcune particelle come la luce o gli elettroni. per la fisica classica la luce è solo un onda (mentre può anche essere vista come fotoni, gruppi di quanti) e l’elettrone era solo una particella. La fisica quantistica cercò di unire la natura ondulatoria e corpuscolare degli elementi subatomici andando a studiare le radiazioni e la materia. Il corso della meccanica quantistica è segnato da figure di spicco come Il grande Heisenberg che con il suo principio spiegò come sia impossibile misurare contemporaneamente le dimensioni spazio temporali di una particella in moto.

Grazie alla meccanica quantistica nel corso di tutto il ‘900 è stato possibile costruire una conoscenza dettagliata del mondo subatomico e delle leggi che lo regolano, tuttavia come l’esperimento di Schrodinger conferma tali leggi non valgono per ogni aspetto del reale, ma solo per gli aspetto microscopici. Il mondo macroscopico è modellizzato dalla teoria della relatività generale di Einstein che a sua volta però entra in contraddizione con la meccanica quantistica. Negli ultimi decenni gli studiosi stanno cercando un modello fisico che possa coniugare la meccanica quantistica con la relatività generale e forse la teoria delle stringhe potrebbe essere la nuova teoria del Tutto, solo che prevedendo 11 dimensioni non può essere ancora sperimentata.