il gatto di schrodinger - Digilander

IL GATTO DI SCHRODINGER
L’ESPERIMENTO
Il paradosso del gatto di Schrödinger è un esperimento mentale ideato da Erwin Schrödinger
allo scopo di dimostrare come quella che era l'interpretazione classica della meccanica
quantistica risulta essere incompleta quando deve descrivere sistemi fisici in cui il livello
subatomico interagisce con il livello macroscopico.L‟esperimento consiste nel porre un gatto
all‟interno di una scatola. All‟interno della scatola vi è una macchina „infernale‟:in un
contatore Geiger si trova una minuscola porzione di sostanza radioattiva, così poca che nel
corso di un‟ora forse uno dei suoi atomi si disintegra, ma anche nessuno; se ciò succede,
allora il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto che rompe una fiala con del
cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato questo intero sistema per un‟ora, si può dire che il
gatto sia morto o vivo a seconda della probabilità che un atomo sia decaduto.
Dopo un certo periodo di tempo, quindi, il gatto ha la stessa probabilità di essere morto
quanto l'atomo di essere decaduto. Visto che fino al momento dell'osservazione l'atomo esiste
nei due stati sovrapposti, il gatto resta sia vivo sia morto fino a quando non si apre la scatola,
ossia non si compie un'osservazione.
Fino a quando l'atomo non si disintegra (e questo evento dipende unicamente dalla natura
dell'atomo radioattivo scelto, quindi è un evento unicamente probabilistico), emettendo la
particella che aziona il marchingegno letale, il gatto è sicuramente vivo. Viceversa, al
decadimento dell'atomo, il gatto va certamente incontro alla morte. Pertanto, se non si apre il
contenitore in cui alloggiano il gatto ed il marchingegno letale, non si potrà sapere che destino
abbia avuto il gatto: di conseguenza, il gatto può - al contempo - esser considerato sia vivo
sia morto. Solo aprendo il contenitore (quindi, compiendo l'esperimento) si reperirà un gatto
vivo o morto. Il paradosso, solo apparente, sta proprio qui: finché non si compie
l'osservazione, il gatto può esser descritto indifferentemente come vivo o come morto, in
quanto è soltanto l'osservazione diretta che, alterando i parametri basali del sistema,
attribuirà al gatto (al sistema medesimo) uno stato determinato e "coerente" con la nostra
consueta realtà.
È sempre stato così, solamente non ce ne siamo accorti fino al secolo scorso: nel mondo
microscopico, ogni singola particella si comporta individualmente come delocalizzata.
Viceversa, nel nostro universo macroscopico, un aggregato di singole particelle non si
comporta - ovviamente - individualmente, come la singola particella. Il collettivo delle
particelle singole, una volta aggregate in un insieme macroscopico, azzera le singole posizioni
individuali, abolendo l'anomalia propria di ciascuna particella singola. L'interazione reciproca
delle singole particelle in una realtà macroscopica che sgretola le singole anomalie prende il
nome di "Decoerenza". E questa proprietà è positiva, altrimenti nessuno potrebbe vedere,
afferrare, pensare, e così via.
DECOERENZA
In meccanica quantistica le particelle vengono trattate come onde che si evolvono secondo
l'equazione di Schrödinger. Tuttavia questo comportamento è in contrasto con la meccanica
classica dove è ben noto che le particelle non subiscono fenomeni tipici delle onde come
l'interferenza. Il passaggio dal regime quantistico al regime classico avviene per un fenomeno
noto come decoerenza quantistice. le caratteristiche quantistiche sono "fragili" rispetto
alle interazioni tra particelle diverse. Ciascun oggetto macroscopico e' costituito da un numero
grandissimo di sistemi microscopici che continuamente interagiscono tra loro e con le
particelle dell'ambiente circostante. Le interazioni mascherano il carattere quantistico delle
particelle: questo fenomeno viene chiamato "decoerenza" perche' "coerenza" e'
il nome dato ai fenomeni di sovrapposizione. La decoerenza e' la ragione per cui il mondo ci
appare "classico," cioe' cosi' come lo vediamo, e non quantistico, ovvero popolato di gatti di
Schrodinger.
IL PARADOSSO E LE SUE INTERPRETAZIONI
Schrödinger precisò che se dopo un certo periodo dall‟inizio del test la scatola d‟acciaio viene
aperta e lo sperimentatore osserva che il Geiger (attraverso lo spostamento dell‟indice)
mostra di aver rivelato una disintegrazione radioattiva, occorre ammettere che è stato l‟atto di
guardare ("osservare") dentro la scatola che ha ucciso il gatto, dando realtà alla situazione
sperimentale, dando realtà alla disintegrazione radioattiva. Se invece lo sperimentatore decide
di rimandare indefinitamente l‟osservazione della scatola, il gatto resta nel suo stato
schizofrenico di vita latente fino a quando non gli viene data una dimensione definitiva in virtù
dello sperimentatore.
Per quanto concerne la possibilità di stati sovrapposti macroscopici come quelli che
contraddistinguerebbero il gatto vivo-morto, la maggior parte dei fisici ritiene che non abbia
senso estendere le "regole" della teoria quantistica al macromondo, quindi le conseguenze
della sovrapposizione degli stati che nel nostro caso caratterizza la durata della vita di una
disintegrazione radioattiva (ed il relativo stato di salute del gatto), deve rimanere confinata al
livello microscopico. Una minoranza di fisici ritiene, invece, che occorra un profondo
ripensamento degli rapporti macromondo-micromondo.
Per quanto riguarda il ruolo dello sperimentatore (dell‟osservatore) per il crearsi della realtà. Il
grosso degli esponenti della teoria quantistica ortodossa, ritiene che il ruolo dell‟osservatore
non possa essere eliminato ogni qualvolta entrano in gioco stati sovrapposti. Solo un
osservatore con le sue scelte che possono, ad esempio, riguardare il momento di verificare se
si è avuta una determinata disintegrazione radioattiva è in grado di dare significato e quindi
"risolvere" in un modo o in un altro uno stato sovrapposto.
Gli scienziati Rimini e Weber elaborarono una teoria nota come teoria GRW. In questa teoria
si pone ogni stato microscopico come una somma di stati possibili descritti da un funzione
d‟onda. L‟eventuale collasso dell‟onda in un unico stato, che costituirebbe la
misurazione,avviene indipendentemente dall‟osservatore che effettua una eventuale
misurazione. I collassi della funzione d‟onda avvengono quindi indipendentemente
dall‟osservatore. La misurazione con uno strumento è solo il collasso degli stati dello
strumento stesso di misurazione,formato in fondo da particelle del mondo microscopico, che
seguono,‟ricalcano‟ il collasso avvenuto nel sistema microscopico misurato.
Tuttavia, bisogna ammettere che, sebbene riesca a spiegare il problema della misurazione in
un quadro soddisfacente, la teoria del collasso spontaneo incontra diversi problemi per quanto
concerne la questione della causalità; infatti se lo stato iniziale è dato dalla sovrapposizione di
due stati che corrispondono a due situazioni microscopicamente distinguibili e percettivamente
diverse non si può prevedere in quali di questi due stati avvenga il collasso. In breve, non
esiste nessun parametro che mi aiuti a dire con precisione quale sarà lo stato del sistema. Il
collasso della funzione d‟onda avverrà, infatti, in maniera del tutto casuale
Nel 1957 Hugh Everett propone un‟interpretazione alternativa della Meccanica Quantistica
detta interpretazione a molti mondi. Essa riguarda principalmente l‟essenza del problema
della misurazione. Per Everett la funzione d‟onda è qualcosa che ha valore universale e si
applica all‟intero Universo: anche l‟osservatore è “compreso” all‟interno della funzione d‟onda.
Nella sua teoria interpretativa, Everett sostiene che le diverse componenti di una
sovrapposizione, ad esempio di due stati, rappresentano due mondi fisici reali. L‟idea è che nel
corso di una misurazione di un‟osservabile, il numero dei mondi fisici aumenti passando da
uno a due e che l‟osservatore sia anch‟esso “sdoppiato” in quanto parte di questi mondi. In
ciascuno di tali mondi la misurazione ha effettivamente un risultato preciso e l‟osservatore ha
una convinzione determinata circa tale risultato. I mondi che vengono a prodursi rimangono,
inoltre, ignari l‟uno dell‟altro. Insomma: quando in un sistema quantistico si prospetta la
possibilità di scegliere i risultati, l‟universo si divide, cosicché tutte le possibili scelte si
realizzano. Secondo questa concezione, dobbiamo accettare che ci siano un‟infinità di mondi
paralleli coesistenti con quello che vediamo in ogni istante e che ci sia un‟infinità di individui,
più o meno identici a ognuno di noi, che abitano questi mondi.
Questa interpretazione consente di risolvere il problema della misurazione abolendo il
postulato del collasso grazie all‟estensione delle leggi quantistiche all‟osservatore e all‟intero
Universo. Tuttavia, l‟interpretazione a molti mondi è stata oggetto di numerose critiche. Due
importanti critiche sono state sollevate contro la teoria dei molti universi. La prima è che essa
introduce una quantità assurda di eccessivo bagaglio metafisico, nella descrizione del mondo
fisico.La seconda obbiezione a questa teoria è che si dice che sia non sperimentabile. Se la
nostra coscienza è limitata ad un universo alla volta, come possiamo mai confermare o
rifiutare l‟esistenza di tutti gli altri.
Per rendere meno “cruda” l‟interpretazione a molti mondi è stata postulata una variante di
questa teoria: l’interpretazione a molte menti. Anziché ricorrere a una pluralità di mondi e
di osservatori si ammette un solo mondo e un solo osservatore, ma si dota quest‟ultimo di
un‟infinità di menti. Ciascuna mente percepisce un esito del processo di misura per il quale
sono ammissibili diversi esiti distinti. Mentre nell‟interpretazione a molti mondi si danno tutti
gli eventi possibili, in quella a molte menti si danno tutte le percezioni possibili.
È stata proposta, , un‟altra interpretazione della Meccanica Quantistica: l’interpretazione a
molte storie. Questa afferma che, sebbene vi sia un solo mondo fisico, quando sussiste uno
stato di sovrapposizione, si danno diverse storie incompatibili relative a quel mondo, e
entrambe le storie sono in qualche modo simultaneamente vere.
Un ultima teoria,elaborata da Bohm,sulle tracce degli studi di De Broglie, prevede l‟esistenza
di una onda guida che porti le singole particelle microscopiche nella „zona‟ dove la loro
esistenza è più „intensa‟, più probabile.