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Il gatto di Schrödinger

  |   Chimica, Chimica Fisica

Il gatto di Schrödinger è un esperimento virtuale per evidenziare un difetto del principio di sovrapposizione relativo alla teoria quantistica nell’interpretazione di Copenaghen. Quest’ultima, attribuita a Niels Bohr e Werner Heisenberg riguarda la teoria della misurazione quantistica, il principio di complementarità e il dualismo onda-corpuscolo.

Interpretazione di Copenaghen

Il  fisico Niels Bohr nel 1920 sostenne che una particella quantistica non esiste in uno stato o nell’altro, ma in tutti i suoi possibili stati contemporaneamente. Solo quando osserviamo il suo stato una particella quantistica è essenzialmente costretta a scegliere una probabilità, ed è lo stato che osserviamo. Dal momento che può differire in uno stato osservabile diverso, questo spiega perché una particella quantistica si comporta in modo irregolare. Questa possibilità di esistere in tutti i possibili stati contemporaneamente è detta sovrapposizione degli stati secondo cui se un sistema può trovarsi in due stati distinti, può trovarsi anche in una qualsiasi loro combinazione lineare.

Ad esempio, una particella esistente in diversi luoghi contemporaneamente è una sovrapposizione spaziale.

È solo quando è eseguita una misurazione che la funzione d’onda “collassa” e il sistema finisce in uno stato definito.

Il gatto di Erwin Schrödinger

Negli anni ’30, il fisico austriaco Erwin Schrödinger inventò il suo famoso esperimento virtuale su un gatto in una scatola che, secondo la meccanica quantistica, potrebbe essere vivo e morto allo stesso tempo.

In esso, un gatto è posto in una scatola sigillata in cui un evento quantistico casuale ha una probabilità del 50 % di probabilità  di ucciderlo.

Nella scatola vi è del materiale radioattivo in cui in un’ora un atomo può decadere e con la stessa probabilità non decadere. Un contatore Geiger se rileva il decadimento attiva un martello che frantuma una fiala di cianuro di idrogeno e il gatto muore. Se si aspetta un’ora questo sistema per sé, si potrebbe dire  che il gatto è vivo se nessun atomo è decaduto. La funzione d’onda ψ dell’intero sistema esprimerebbe un tale sistema come se il gatto è vivo e morto in parti uguali.

Quindi fino a quando la scatola non è aperta e il gatto non è osservato, esso è sia vivo che morto allo stesso tempo.

Questo paradosso, secondo l’interpretazione di Copenaghen, poteva essere risolto considerando che la meccanica quantistica poteva applicarsi solo al mondo microscopico e non al mondo macroscopico.

Meccanica classica e meccanica quantistica

Il  gatto esiste come una funzione d’onda, con molteplici possibilità, prima di essere osservato e solo quando è osservato, diventa un oggetto definito.

Una particella può collocarsi in diverse posizioni e la si descrive come soggetta a una distribuzione di probabilità legata alla funzione d’onda.

Compiendo una misurazione della posizione della particella la sua funzione d’onda collasserà su un particolare valore della posizione dello spazio, ovvero il risultato della misura.

In mancanza di un osservatore, però, non vi sarebbe più una realtà fisica, ma un numero infinito di possibilità.

Nel 1957 il fisico statunitense Hugh Everett III con la teoria a molti mondi ha tentato di ridurre il ruolo protagonista dell’osservatore e di rimuovere il problema del collasso della funzione d’onda. In altre parole, c’è una realtà in cui il gatto continua ad essere vivo e un’altra in cui è deceduto. Secondo questa teoria al momento dell’osservazione, lo stato globale si divide in numerosi “mondi”, uno ciascuno per ogni possibile risultato della misura. In questo modo nessun risultato casuale è prodotto dalla misurazione. Ad esempio, nel caso del gatto di Schrödinger semplicemente ad esempio se si misura la variabile che ammette sia i valori “vivo” o “morto”, ci saranno due mondi, uno in cui l’osservatore misurerà “vivo” e un altro in cui invece otterrà “morto”.

Questo è un esperimento virtuale e giammai un animale sarà rinchiuso e usato come cavia ma, in ogni caso, il gatto, il nostro amico con la coda, sarà sempre vivo ad allietare le nostre giornate