Il gatto di Schrödinger

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La vita e la morte (Paul Gauguin, 1889)

 

Il gatto di Schrödinger

di Giorgio Masiero

A proposito dell’articolo di un fisico italiano, apparso un giorno di questa estate afosa in un quotidiano economico

 

Nell’agosto di 130 anni fa nasceva a Vienna Erwin Schrödinger, noto per i suoi contributi fondamentali alla nascita della meccanica quantistica, a cominciare dalla formulazione dell’equazione recante il suo nome che gli valse il Nobel. Schrödinger fu un uomo di vasti interessi, che spaziavano dalla fisica alla botanica, dalla storia alla politica alla religione. Tra una conferenza sull’arte italiana ed una sulla filosofia tedesca, nel 1943 tenne un ciclo di lezioni al Trinity College di Dublino in una delle quali, anziché parlare di fisica quantistica come tutti si aspettavano, sviluppò il tema “Che cos’è la vita?”. Un anno dopo, quella lezione divenne un libro che avrebbe fatto storia della scienza.

I biologi non sanno definire la vita, ma anche un bambino la riconosce. Da ogni parte vediamo cocci che come per magia si ricompongono in splendidi oggetti, componenti aeronautiche che si assemblano da sole in macchine volanti, tessere sparse che si dispongono spontaneamente in posizioni ordinate. Sono i semi sepolti che diventano piante riordinando, una alla volta, sostanze sparpagliate nell’aria e nell’humus, con un lavorio continuo che sembra obbedire ai comandi di un programma. Sono gli uccelli che crescono da un embrione, i cui organi nell’uovo metabolizzano le molecole, aggregandole con tutta evidenza secondo un progetto e diventando splendidi oggetti volanti. È l’avventura di ogni essere umano iniziata dall’incontro di uno spermatozoo con una cellula uovo; è la ferita a un dito che si rimargina da sola; ecc., ecc. Sono tutti i fenomeni della vita. Come fanno gli esseri viventi a sfidare la seconda legge della termodinamica, secondo la quale nell’universo ogni differenziazione tende a scomporsi in un informe miscuglio?

Per tentare di rispondere a questa domanda, il fisico austriaco introdusse in biologia alcuni concetti che sarebbero diventati riferimenti standard per capire come funziona materialmente la vita. In un tempo in cui si pensava che le proteine, non il DNA, costituissero il materiale ereditario, Schrödinger intuì che la genetica deve basarsi su una struttura molecolare non ripetitiva. La struttura chimica responsabile dell’ereditarietà deve contenere, predisse a Dublino, un programma in codice, che determini “l’intero disegno del futuro sviluppo dell’individuo e del suo funzionamento allo stato maturo”. Fu la prima volta che la parola ‘codice’ entrò in biologia, anche se il significato attribuitogli da Schrödinger non è oggi lo stesso, perché egli non arrivò a suggerire la corrispondenza diretta tra stringhe del programma e reazioni biochimiche. L’interdisciplinarità di Schrödinger comunque, ispirò figure chiave della moderna genetica, come James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins e tanti altri, essendo stato Schrödinger, a sua volta, ispirato dalle intuizioni di Aristotele, come ho mostrato in altri articoli.

Schrödinger poté sfruttare fertilmente l’interdisciplinarità, perché mai pensò che le scienze naturali esaurissero ogni domanda umana; tanto meno pensò che potesse farlo una di esse, la fisica, e ancor meno una sola teoria della fisica, la nascente meccanica quantistica. Anzi, giudicò la meccanica quantistica incompleta e addirittura scorretta, perché nata dalla tendenza “ad abbandonare la connessione della descrizione dei fenomeni con un’ipotesi chiara circa la struttura reale dell’universo”. Ancor più severo fu il suo giudizio verso l’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica che, pretendendone la completezza e introducendovi le categorie di indeterminismo, complementarietà e soggettività, “nega che possa esistere un’immagine oggettiva della realtà in un significato tradizionale del termine”.

Il silenzio della scienza sulle cose che contano davvero”, secondo Schrödinger

 

Contro la visione di Copenaghen, per dimostrane l’assurdità, egli escogitò nel 1935 un esperimento ideale, che sarebbe stato denominato d’allora in poi il gatto di Schrödinger. Consideriamo una camera perfettamente impermeabile ad ogni segnale, contenente un gatto e un apparato radioattivo collegato con una boccia di veleno. La probabilità che un nucleo radioattivo si disintegri in un’ora è del 50% e, quando accade, l’apparato rompe la fiala e il gatto muore. Qual è lo stato fisico ψ del gatto dopo un’ora? Secondo la meccanica quantistica, esso è dato dalla seguente equazione:

Ψ = (1/√2) Ψ(vivo) + (1/√2) Ψ(morto),

dove Ψ(vivo) è lo stato con nessun atomo disintegrato, e quindi a gatto vivo, mentre Ψ(morto) è lo stato con un atomo disintegrato e il gatto morto. Secondo l’interpretazione di Copenaghen, la realtà interna alla camera è rispecchiata completamente dal vettore Ψ, come dire che il gatto è in uno stato sovrapposto di morte e vita…, e solo quando un osservatore – preferibilmente non animalista – apre la camera, solo allora lo stato misto Ψ “collassa” in uno dei due stati netti, Ψ(vivo) o Ψ(morto). Un’altra conseguenza della concezione di Copenaghen quindi, è che l’osservatore causa con la sua curiosità la morte del gatto quando capita (o la sua riemersione dal limbo Ψ nell’altro 50% dei casi)!

Il gatto di Schrödinger

 

Può apparire incredibile a chi mi legge, ma negli anni ’30 molti fisici e tra i più importanti (Bohr, Heisenberg, Pauli, Dirac, Born, ecc.) ragionavano in quel modo: in nome della completezza della meccanica quantistica, credevano alla realtà di gatti mezzi vivi e mezzi morti e all’influenza determinante dell’osservatore negli eventi. La radice dello sbando idealistico stava anche nelle loro storie personali, ma ci ritorneremo in altra occasione. Una minoranza, per fortuna, tenne per terra i piedi e in alto la bandiera del realismo. Tra questi, oltre a Schrödinger ci fu Einstein, come abbiamo visto in un recente articolo, a sostenere che sì, la meccanica quantistica vale, ma soltanto in termini statistici, cosicché

  • i gatti sono o vivi o morti, mai in uno stato misto;

  • il loro stato di vita o di morte non dipende dall’essere osservati o meno da qualcuno;

  • l’equazione della funzione d’onda Ψ non descrive un singolo atto di osservazione, ma un insieme statistico di risultati sperimentali di camere tutte similmente preparate con materiale radioattivo, veleni e felini a rischiar la pelle.

Ancora più incredibile è che sopravvivano ai nostri giorni scienziati che confondono la teoria (scientifica) della meccanica quantistica con la concezione (filosofica) di Copenaghen. Leggere per credere Il Sole 24 Ore del 29 luglio scorso, dove il prof. Vincenzo Barone, fisico teorico all’Università del Piemonte Orientale e ricercatore all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, con il supporto autorevole del matematico, biologo ed economista David Bodanis, scrive che “il più grande errore di Einstein … non fu – diversamente da quanto pensava il diretto interessato – la costante cosmologica, bensì la pervicace ostilità nei confronti della meccanica quantistica”. Ora, che Einstein sia stato pervicacemente ostile alla meccanica quantistica è una leggenda cui può dar retta solo chi ignora che Einstein concorse da protagonista allo sviluppo di quella teoria, tanto da vincere il Nobel nel 1921 non per le teorie della relatività, di sua esclusiva creazione, ma proprio per la spiegazione quantistica di un fenomeno fisico. Certamente anche Barone lo sa. E allora come può scrivere il contrario? L’asino casca poco più avanti nell’articolo: “Poteva Einstein … il creatore solitario delle due relatività, l’alfiere di una concezione granitica della scienza come processo di comprensione del reale regolato da criteri di semplicità logica, poteva questo Einstein accettare la visione del mondo di Copenaghen?”, dove si vede che nel 2017 un barone della fisica identifica ancora la teoria scientifica della meccanica quantistica con la sua interpretazione neopositivistica.

Ma perché Einstein, noi tutti, dovremmo dismettere la fiducia nella fisica “come processo di comprensione del reale regolato da criteri di semplicità logica”, per credere a gatti individualmente mezzi vivi e mezzi morti, uccisi o mantenuti in vita dagli osservatori? non è più ragionevole credere – come Einstein e Schrödinger – a gatti in scatola statisticamente ripartiti tra vivi e morti, del cui stato osservatori ininfluenti possono ottenere dalla meccanica quantistica una conoscenza solo parziale, probabilistica?!

Basta. Sono mezzo vivo e mezzo morto dall’afa. Mi bevo una bibita ghiacciata e torno in acqua.

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About Author

GIORGIO MASIERO: giorgio_masiero@alice.it Laureato in fisica, dopo un’attività di ricercatore e docente, ha lavorato in aziende industriali, della logistica, della finanza ed editoriali, pubbliche e private. Consigliere economico del governo negli anni ‘80, ha curato la privatizzazione dei settori delle telecomunicazioni, agro-alimentare, chimico e siderurgico, e il riassetto del settore bancario. Dal 2005 interviene presso università italiane ed estere in corsi e seminari dedicati alle nuove tecnologie ICT e Biotech.

  • Enzo Pennetta

    Ancora una volta grazie a Giorgio che ha fatto chiarezza su un argomento scientifico che viene largamente frainteso, forse perché il suo travisamento colpisce di più la fantasia e si presta a fantasiose speculazioni.

  • jonioblu1

    L’esperimento ideale di Schrödinger è una esperienza che sarà capitata a tutti almeno una volta nella vita.
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  • Fabio Vomiero

    Attenzione però prof.Masiero a non esagerare con le bibite ghiacciate! Sono tornato dalle ferie appena in tempo per complimentarmi con lei per il suo bellissimo articolo, anche se non sono pienamente concorde con le parole riportate di Schrodinger dalle quali, secondo me, emerge ovviamente in generale un certo anacronismo. Io naturalmente non sono un esperto di meccanica quantistica, però dalla sua esposizione mi sembra di capire che oramai si è passati decisamente oltre l’interpretazione di Copenaghen (anche se con sottointerpretazioni al suo interno), con un’interpretazione “moderna” essenzialmente più realista. Le chiedo, si potrebbe dire che nella virata verso questa posizione possono essere determinanti anche esperienze come la non località e la teoria quantistica dei campi? Altra cosa, non ho capito bene come lei intende il ruolo dell’osservatore in meccanica quantistica. E’ corretto secondo lei se io intendo, a parte naturalmente il carattere statistico che lei evidenzia, che la natura di contestualità della meccanica quantistica comunque rimane? E per contestualità intendo che l’informazione che posso ricavare da un sistema quantistico dipende sempre e comunque dal tipo di esperienze che preparo per poter osservare certi aspetti del mondo anziché altri.