Il gatto di Schrödinger
Il gatto di Schrödinger è un esperimento di pensiero sulla fisica quantistica. Erwin Schrödinger lo propose nel 1935, in reazione all'interpretazione di Copenhagen della fisica quantistica.
Schrödinger ha scritto:
Si possono anche mettere in piedi casi piuttosto ridicoli. Un gatto è rinchiuso in una camera d'acciaio, insieme al seguente dispositivo (che deve essere assicurato contro l'interferenza diretta del gatto): in un contatore Geiger, c'è un minuscolo pezzetto di sostanza radioattiva, così piccolo, che forse nel corso di un'ora solo uno degli atomi decade, ma anche, con uguale probabilità, forse nessuno; se ciò accade, il tubo del contatore scarica e attraverso un relè rilascia un martello che frantuma una piccola fiaschetta di acido cianidrico. Se si è lasciato a se stesso l'intero sistema per un'ora, si direbbe che il gatto vive ancora, se nel frattempo nessun atomo è decaduto. La funzione psi dell'intero sistema lo esprimerebbe avendo in esso il gatto vivo e quello morto (scusate l'espressione) mescolati o spalmati in parti uguali.
È tipico di questi casi che un'indeterminatezza originariamente limitata al dominio atomico si trasformi in un'indeterminatezza macroscopica, che può poi essere risolta con l'osservazione diretta. Questo ci impedisce di accettare così ingenuamente come valido un "modello sfocato" per rappresentare la realtà. Di per sé, non incarnerebbe nulla di poco chiaro o contraddittorio. C'è una differenza tra una foto traballante o sfocata e un'istantanea di nuvole e banchi di nebbia.
-Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (La situazione attuale della meccanica quantistica), Naturwissenschaften
(tradotto da John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
In parole povere, Schrödinger ha affermato che se si mette un gatto e qualcosa che può uccidere il gatto (un atomo radioattivo) in una scatola e la si sigilla, non si sa se il gatto è vivo o morto fino a quando non si apre la scatola, in modo che fino a quando la scatola non viene aperta, il gatto è (in un certo senso) sia "vivo che morto". Questo è usato per rappresentare come funziona la teoria scientifica. Nessuno sa se una teoria scientifica è giusta o sbagliata fino a quando tale teoria non può essere testata e provata.
La fisica può essere suddivisa in due tipi: fisica classica e meccanica quantistica. La fisica classica spiega la maggior parte delle interazioni fisiche, come il motivo per cui una palla rimbalza quando cade. Può anche essere usata per prevedere le interazioni fisiche, come ad esempio cosa accadrà quando si fa cadere una palla. Tuttavia, ci sono alcune interazioni fisiche che non spiega; per esempio, come la luce può essere trasformata in elettricità. La meccanica quantistica fornisce ai fisici un modo per spiegare perché queste cose accadono.
L'interpretazione di Copenhagen viene utilizzata per spiegare cosa succede alla più piccola parte di un atomo (una particella subatomica) senza guardarla (osservarla o misurarla). La matematica è usata per mostrare quanto è probabile che qualcosa accada alla particella. Una particella potrebbe essere descritta come una particella che ha il 50% di probabilità di trovarsi in un posto alla volta, o il 50% di probabilità di trovarsi in un posto alla volta. Questo potrebbe anche essere espresso come un grafico (o forma d'onda). Questo è molto conveniente quando si fanno calcoli di fisica quantistica.
Tuttavia, l'unico modo per essere sicuri al 100% di dove si trova una particella è osservarla. Fino al punto in cui la si osserva, l'Interpretazione di Copenhagen dice che la particella è lì e non è lì. È solo quando si osserva la particella che si sa se c'è o non c'è.
Mentre questo ha senso nella fisica quantistica, non ha senso nella fisica classica (del mondo reale).
Schrödinger voleva dimostrare che questo modo di pensare della meccanica quantistica avrebbe portato a situazioni assurde. Ha progettato un esperimento di pensiero.
Un gatto è collocato in una stanza separata dal mondo esterno.
Nella stanza sono presenti un contatore Geiger che conta la quantità di decadimento radioattivo e un piccolo elemento radioattivo.
Entro un'ora, uno degli atomi del materiale radioattivo potrebbe decomporsi (o rompersi perché il materiale non è stabile), oppure no.
Se il materiale si rompe, rilascerà una particella atomica, che colpirà il contatore geiger, che rilascerà gas velenoso, che ucciderà il gatto.
La domanda ora è: alla fine dell'ora, il gatto è vivo o morto? Schrödinger dice che secondo l'interpretazione di Copenhagen, finché la porta è chiusa, il gatto è vivo e morto. Non c'è modo di saperlo finché la porta non viene aperta. Ma aprendo la porta, la persona interferisce con l'esperimento. La persona e l'esperimento devono essere descritti in riferimento l'uno all'altro.
Guardando l'esperimento la persona ha influenzato l'esperimento, quindi potrebbe non darci la risposta corretta.
L'esperimento di pensiero è stato inventato da Schrödinger per dimostrare la follia di pensare agli stati quantici per i grandi oggetti. È stato anche citato più volte nella cultura pop.
Un gatto, con un contatore Geiger, e un po' di veleno in una scatola sigillata. La meccanica quantistica dice che dopo un po' di tempo il gatto è sia vivo che morto. Una persona che guarda nella scatola troverà il gatto vivo o morto, ma si presume che sia sia vivo o morto prima di guardare nella scatola.
Figura di gatto a grandezza naturale nel giardino della Huttenstrasse 9, Zurigo, dove visse Erwin Schrödinger dal 1921 al 1926. A seconda delle condizioni di luce, il gatto appare vivo o morto.
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Domande e risposte
D: Che cos'è il gatto di Schrödinger?
R: Il gatto di Schrödinger è un esperimento di pensiero sulla fisica quantistica, proposto da Erwin Schrödinger nel 1935 in reazione all'interpretazione di Copenhagen della fisica quantistica. Si tratta di uno scenario ipotetico in cui un gatto viene posto in una camera d'acciaio con un dispositivo che contiene materiale radioattivo e che potrebbe potenzialmente uccidere il gatto. La domanda posta dall'esperimento è se il gatto sarà vivo o morto quando la scatola verrà aperta.
D: Cosa dice l'interpretazione di Copenhagen sulle particelle?
R: L'interpretazione di Copenhagen afferma che è impossibile sapere con certezza in quale stato si troverà una particella fino a quando non sarà osservata, quindi prima dell'osservazione si può dire che esista in entrambi gli stati contemporaneamente.
D: Come ha dimostrato Schrödinger questo concetto?
R: Schrödinger dimostrò questo concetto attraverso il suo esperimento di pensiero che prevedeva che un gatto fosse posto all'interno di una scatola sigillata con materiale radioattivo. Suggerì che fino a quando la scatola non fosse stata aperta, non si sarebbe saputo se il gatto fosse vivo o morto, quindi fino a quel momento sarebbe esistito in entrambi gli stati contemporaneamente.
D: Quali sono i due tipi di fisica citati in questo testo?
R: I due tipi di fisica citati in questo testo sono la fisica classica e la meccanica quantistica. La fisica classica spiega la maggior parte delle interazioni fisiche e può prevedere le interazioni fisiche, mentre la meccanica quantistica fornisce una spiegazione per alcune interazioni fisiche che la fisica classica non può spiegare.
D: In che modo l'osservazione di qualcosa influenza un esperimento?
R: Osservare qualcosa può influenzare un esperimento, perché quando si osserva un esperimento, si può interferire con i suoi risultati a causa della propria presenza e delle proprie azioni durante l'osservazione. Ciò significa che i risultati ottenuti da tale esperimento non riflettono necessariamente la realtà in modo accurato, poiché sono stati influenzati da fattori esterni.
D: A cosa si riferisce la "psi-funzione"?
R: La funzione psi si riferisce alle equazioni matematiche utilizzate per descrivere la probabilità che qualcosa accada nell'ambito della meccanica quantistica, senza doverla guardare (osservare).
