“Il gatto è vivo o morto?”

…e il collasso della funzione d’onda

Tutti noi conosciamo la tipica frase “Il gatto è vivo o morto?”
Parlando di questo felino rinchiuso in una scatola. E non si può rispondere a questa domanda finché la scatola non viene aperta.

In realtà, tutta la teoria del gatto di Schrödinger è molto più ampia, vediamo una breve spiegazione fornita da un fisico quantistico.

Partiamo dal presupposto che esistano oggetti macroscopici (grandi) ed oggetti microscopici (piccoli). Gli oggetti macroscopici seguono le leggi della meccanica classica, quella che studiamo a scuola, mentre gli oggetti microscopici soddisfano le leggi della meccanica quantistica.

Noi, come tutte le cose con cui abbiamo a che fare ogni giorno, esseri viventi e oggetti, siamo oggetti macroscopici. Gli atomi e le particelle sono oggetti microscopici.

Schrödinger, voleva dimostrare il paradosso a cui si va incontro se si cerca di far rispettare le leggi della meccanica quantistica agli oggetti macroscopici.

Ipotizza (Schrödinger amava i gatti, quindi questo esperimento è stato solo teorizzato, mai messo in pratica per fortuna) di mettere un gatto all’interno di una scatola chiusa.
Noi non siamo in grado di vedere il gatto finchè la scatola non viene aperta.
All’interno della scatola viene inserita anche una fiala di cianuro che può essere rotta da un martelletto. Il martelletto in questione viene azionato dal segnale emesso da un contatore Geiger (quelli che misurano la radioattività). Il contatore attiva il segnale se un atomo decade.

Nella meccanica quantistica gli atomi coesistono in entrambi gli stati: decaduti o non decaduti.
Uno stesso atomo può trovarsi contemporaneamente nella situazione di decaduto e non decaduto al 50%. Nella meccanica classica questo non ha senso. Il gatto è vivo al 100% o morto al 100%.
Ma se l’atomo decade, emette un raggio che attiva il contatore Geiger che a sua volta attiverà il martelletto e, di conseguenza, ucciderà il gatto.
Quindi la situazione di vita o morte del gatto dipende dall’atomo, e si arriva ad avere una sovrapposizione di possibilità: 50% gatto vivo 50% gatto morto. Allora sembra che la meccanica degli oggetti macroscopici segua le leggi della meccanica quantistica.

Scoprirò in che stato si trova realmente il gatto solo nel momento in cui apro la scatola, ovvero il momento in cui lo osservo, il momento in cui eseguo una MISURA.

In modo IRONICO Schrödinger afferma il gatto è stato ucciso dall’osservatore perché l’ha guardato. Chi è effettua la misura permette al sistema di evolversi in tutte le sue possibilità (decaduto, non decaduto, ecc..).

Spiegata in altri termini: questo evento viene anche chiamato il collasso della funzione d’onda.
Immaginiamo che prima della nostra misura coesistessero due funzioni, atomo decaduto e atomo non decaduto: una sovrapposizione lineare delle due funzioni, ma nel momento in cui viene effettuata la misura, le due funzioni si fondono in una sola. OBBLIGO l’atomo a scegliere una delle due strade. L’oggetto quantistico è una combinazione lineare, e se non viene misurato, si evolve secondo un’equazione (di Schrödinger) nel tempo, che possiamo solo ipotizzare, mai verificare, perché nel momento in cui andiamo a vederlo, quindi a fare una misura, lo obblighiamo a decidere una delle due possibilità.

Wiegner porta questa interpretazione all’estrema conseguenza dicendo che siamo noi con la nostra coscienza umana che cambiamo il mondo reale, ma qui si sfocia nella filosofia.

L’interpretazione più plausibile è che si sbagli nel concepire la misura. La misura non è quando apro la scatola e guardo il gatto, la misura l’ha fatta prima il contatore Geiger. Dopo questa misura avverranno tutte le conseguenze.

Ma non è vero che il gatto è un oggetto quantistico. Ed ecco perché ci ritroviamo nel paradosso.

E’ anche vero, però, che gli oggetti macroscopici sono composti loro stessi da un grandissimo numero di oggetti microscopici, di ordine del numero il Avogadro (10 elevato alla 23). Siamo tutti composti da tantissimi atomi.

Passare dalla meccanica quantistica alla meccanica classica dev’essere un processo di statistica sui grandi numeri ma nessuno ha mai capito bene come funziona, questo processo dovrebbe cancellare tutte le varie possibilità di stati, la sovrapposizione dovrebbe essere vietata dalla legge di grandi numeri.

Feynman e altri illustri scienziati affermano che la meccanica quantistica sia una scienza ancora non compresa a pieno. Sappiamo cosa deve succedere ma non capiamo il perchè, gli oggetti quantistici fuggono alla nostra comprensione e quindi non riusciamo ad immaginarli. Non sappiamo neanche se un oggetto quantistico è una particella o un’onda.
L’oggetto quantistico è come un ornitorinco, davanti anatra, dietro castoro, ma in realtà non è nè anatra nè castoro.

Molti fisici stanno ancora cercando di rispondere a questa grande domanda e trovare un modo per spiegare il PERCHE’ accada tutto ciò.