L'apparato sperimentale immaginario del paradosso del gatto di Schrödinger

Il paradosso del gatto di Schrödinger

In che cosa consiste l'esperimento mentale del gatto di Schrödinger?  Veniamo dunque alla costruzione di questo esperimento, (vedere figura). In un recipiente perfettamente sigillato, al riparo da qualunque influenza esterna, è rinchiuso un gatto, assieme a un preparato radioattivo, un contatore Geiger, un martello e una boccetta di cianuro. Tutti questi oggetti sono legati l'uno all'altro da uno speciale meccanismo di causa ed effetto e il risultato finale è una macchina infernale così concepita: quando il preparato radioattivo - che per semplicità si assume essere costituito da un unico atomo radioattivo - decade, il contatore Geiger rileva il decadimento e aziona il martello che rompe la boccetta di cianuro, liberando i vapori venefici che uccidono il gatto. Se l'atomo radioattivo non decade, il processo non viene innescato: il martello rimane al suo posto, la boccetta è intatta e il gatto è vivo. In sostanza, le cose stanno così: se l'atomo decade, il gatto muore, se l'atomo non decade, il gatto sopravvive. Fin qua l'esperimento sembra davvero semplice. Che c'è di paradossale in tutto ciò? Le leggi della meccanica quantistica sono estremamente lontane dal nostro senso comune ed è davvero difficile immaginare che siano valide anche per il macrocosmo. Il punto cruciale della questione è pertanto quello di individuare il punto di confine, ammesso che esista, fra microcosmo (particelle elementari, atomi e molecole) per cui certamente valgono le leggi della meccanica quantistica ed il macrocosmo. Schrödinger era comunque convinto che da qualche parte tale confine ci dovesse essere per forza ed a tal fine ideò l'esperimento immaginario dell'atomo che decade e del gatto che vive o muore. Il paradosso si annida poi comunque nelle dinamiche e nelle pecurialissime leggi della meccanica quantistica. Ricominciamo dunque da capo, procedendo con molta attenzione. L'atomo radioattivo è certamente un oggetto quantistico e possiamo scommettere che si comporterà come tale. Le equazioni della meccanica quantistica ci dicono allora che l'atomo, risulta determinato dalla sovrapposizione di molteplici stati diversi. Si parla proprio di sovrapposizione di singoli stati per ogni oggetto quantistico, e soltanto questi singoli stati possono essere interpretati in senso classico come stati diversi, ben distinti tra loro (come per esempio "vivo" o "morto"). Il più delle volte, simili stati quantici, nei quali gli oggetti del microcosmo vengono a trovarsi, rappresentano la sovrapposizione di parecchi stati singoli; e questa è decisamente un'evenienza nella quale non capita spesso di imbattersi nel nostro mondo. Schrödinger volle immaginare di mettere assieme oggetti quantici del microcosmo ed un essere del macrocosmo, il gatto, appunto. Il suo intento era come detto sopra di dimostrare l'assurdità dei principi quantistici e la loro totale inadeguatezza per gli eventi del macrocosmo, perché come vedremo il gatto dovrebbe  essere "rappresentato"  da due stati contrapposti ed antitetici (sovrapposti) per il nostro senso comune. Dovrebbe in altre parole essere contemporaneamente vivo e morto. Quello che però poi è stato dimostrato dal complesso formalismo matematico che ben descrive i paradossi quantistici, è che tale esperimento immaginario non è affatto un paradosso e che quindi anche gli oggetti del macrocosmo possono seguire le leggi quantistiche. Non mi pare poco e del resto che senso avrebbe altrimenti? Come potrebbe una scienza che si occupa dell'intima essenza della materia che compone noi tutti ed il mondo attorno a noi, identificare leggi che governano il micro-mondo subatomico, atomico e molecolare e poi affermare che quelle stesse leggi non sono applicabili al macrocosmo? Allora è solo un giochetto per scienziati o cosa? Un esempio: le leggi relativistiche, che sanciscono la relatività del tempo e dello spazio (categorie immutabili nella fisica classica) sono valide anche per il nostro mondo, anche se si manifestano principalmente per velocità prossime a quelle della luce o per campi gravitazionali particolarmente intensi.
 
Torniamo agli oggetti quantistici. Questi si trovano sempre in uno stato di sovrapposizione delle singole possibilità. Questo è descritto dalla loro funzione d'onda che non è un onda come comunemente s'intende nella fisica classica, ma un'onda di probabilità dei possibili stati, che si trovano a coesistere come stati sovrapposti "allo stesso tempo" con diverse probabilità. L'elemento fuorviante con il senso comune, è che qui il concetto di probabilità si riferisce all'esistenza simultanea di evenienze diverse e non autoescludenti, come siamo abituati a pensare. Per capire: in fisica quantistica il lancio di una moneta sarebbe rappresentato da una funzione d'onda con testa e croce parimenti possibili ed equiprobabili, ma non autoescludenti, bensi come coesistenti allo stesso tempo, ossia sovrapposti nel rappresentare le proprietà della moneta. Lo stato dell'atomo radioattivo va inteso allo stesso modo: non si tratta semplicemente di decidere se il decadimento è già avvenuto o ancora deve avvenire, ma la situazione è piuttosto quella di una sovrapposizione simultanea delle due alternative. Lo stato della particella, dal punto di vista della meccanica quantistica, pur essendo la sovrapposizione di molteplici stati diversi tra loro, è comunque ben determinato e calcolabile attraverso l'equazione di Schrödinger. L'atomo è al tempo stesso decaduto e non decaduto e quindi anche il povero gatto è al contempo vivo e morto! Allora, è davvero un paradosso insanabile come pensava Schrödinger?
 
No, la novità viene da un'idea assolutamente nuova del fisico Hugh Everett (1930-1982), contenuta nella sua tesi di dottorato. Successivamente, questa interpretazione divenne celebre come l'interpretazione a molti mondi, dal nome datole da Bryce DeWitt (1923-2004).
 
Everett giunge alla conclusione che ogni singolo possibile stato, contenuto nell'iniziale stato di sovrapposizione del sistema, viene realizzato.
 
Secondo l'interpretazione che DeWitt da delle idee di Everett, questi singoli stati di un sistema quantistico in sovrapposizione, stati che esistono fisicamente separati gli uni dagli altri, sarebbero realizzati in mondi diversi. Le sovrapposizioni di un oggetto quantistico, di conseguenza non vengono affatto considerate un fenomeno locale (leggere il post sulla non località), tutto riferito all'oggetto in questione, ma sono pensate come esistenti simultaneamente in molteplici universi paralleli.
 
I singoli stati  di un oggetto quantistico che, secondo il formalismo matematico della meccanica quantistica, si sovrappongono per formare lo stato risultante dell'oggetto stesso, sono dunque tutti singolarmente e contemporaneamente esistenti in un proprio universo. Ogni volta che in un universo si presenta l'occasione di avere dìversi stati alternativi per uno stesso oggetto quantistico, l'universo si divide (ecco i mondi di DeWitt) e tutti i singoli stati possibili vengono realizzati ciascuno nel suo universo.
 
Naturalmente,  non scoraggiatevi se non riuscite a immaginarvi questi infiniti mondi paralleli; probabilmente gli esserì umani non sono per natura in grado di farlo. Questo però non significa niente. Senza dubbio, questa spiegazione  della meccanica quantistica, almeno in un primo momento, può apparire molto curiosa e strana e magari ricorda o addirittura va oltre i racconti di fantascienza alla Star Trek, ma di fatto si tratta di una possibilità da prendere sul serio se si vuole interpretare il mondo fisico.
 
Nell'interpretazione a molti mondi si attribuisce realtà fisica a tutti i possibili stati, anche se in universi distinti.  Se applichiamo l'interpretazione di Everett al problema del gatto di Schròdinger, otteniamo che tanto il gatto quanto l'atomo radioattivo si trovano in ogni istante di tempo in un ben definito stato concreto. In un universo l'atomo non è decaduto e il gatto vive, in un altro, invece, l'atomo è decaduto e il gatto è morto. Quale dei singoli stati si realizzi in un dato universo, dipende semplicemente da qual'è l'universo dell'osservatore, vale a dire in quale degli universi paralleli si trova chi misura lo stato del gatto.
 
Dunque ognuno di noi si trova senz'altro in uno stato di sovrapposizione vivo/morto e se tutta la fisica quantistica non è una mera invenzione, frutto d'artefatti sperimentali (cosa altamente improbabile, visto che la matematica la descrive alla perfezione) quando si muore, si muore in un universo, ma si vivrà nell'altro. Chi vieta poi di pensare che non esista un qualche portale di comunicazione fra essi? Io sono del tutto portato a pensare di si... anche perché sono abbastanza certo, che almeno qualche volta, attraverso quel portale, ci sono passato  ... (esperienze ADC; After Death Communications) Ancora una volta, se vogliamo, seppur con ipotesi diverse, ma deduzioni simili la scienza sconfigge l'idea della morte e si ricongiunge con le antichissime credenze dello spirito...

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