Essere o non essere, vita da gatti (di Schroedinger)

Essere o non essere, questo è il problema, giusto? No, c’è di peggio, perlomeno per un fisico. Il problema è essere e non essere allo stesso tempo.
“Ok, allora smetto di leggere questo articolo perché non sono un fisico e non sto capendo niente.”
Un momento, please: posso spiegare, non è (complicato) come sembra. Ripartiamo con un altro incipit, uno un po’ più facile. C’era una volta un gatto, che non sapeva se era vivo oppure no; pardon, lui lo sapeva benissimo, erano gli altri a non saperlo.
“E meno male che ricominciavi facile!”
Un attimo ancora di pazienza, che fretta c’è? Tanto il gatto non scappa: non può andare da nessuna parte perché è stato chiuso in una scatola con del plutonio.
“Ok, adesso basta sul serio: chiamo la protezione animali!”
Ah perché, non l’ho detto?
“Che cosa?”
Che è un esperimento fittizio.
“Fi’ che?”
Fittizio, immaginato, teorico, uno di quei “che succederebbe se …?” che i fisici teorici usano per ovviare alle ristrettezze dei fondi alla ricerca😉
“Cioè? non solo voi fisici sprecate soldi con delle elucubrazioni ma in più ve la cantate e ve la suonate?”
Primo: non so cantare. Secondo: teoria non vuol dire fantasia. In fisica, come nelle altre scienze sperimentali, una teoria dei fenomeni naturali rappresenta l’insieme delle spiegazioni di quei fenomeni, in particolare le spiegazioni più accurate delle quali si dispone fino a prova contraria.
“Va bene ma che ne è del gatto? L’avevamo lasciato da solo, chiuso dentro a una scatola: se non è morto per il plutonio sarà schiattato per mancanza d’aria. Non possiamo andare a controllare?”
E qui casca l’asino, anzi il gatto. Che intendi per “andare a controllare”?
“eh, che … si va e si vede.”
Cioè, spiegati meglio?
“Ma come, non sei uno scienziato? Mi pari un po’ lento.”
Preferisco rigoroso: “x” sta a “y” come io sto a me, come ama dileggiarmi mio cugino. Se non chiarisci cosa intendi, come fai ad essere smentito? In fisica chiarire vuol dire definire. Quando tu dici “si va e si vede”, quel vedere implica una tua interazione col sistema.
“Abbasso il sistema!”
Il sistema fisico è quello che stai osservando: la scatola con dentro il gatto.
“Io non sto osservando proprio niente.”
Proprio niente niente no: stai osservando me mentre parliamo. In questo caso però non interferisci con quello che sono e come mi comporto: sei un osservatore passivo. Se invece vai dove abbiamo riposto il gatto, che fai per vedere se è vivo o morto?
“Vado e scuoto la scatola”
Mo la chiamo io la protezione animali!
“Allora lo chiamo: micio, micio, micio?”
Non ti sente.
“Perché, è un gatto sordo? Non potevi pensare un gatto standard?”
Veramente non l’ho pensato io ma un certo Schroedinger.
“Chi è, un ministro della Merkel?”
No, è un fisico del ‘900.
“Lo conosco: aveva mica un gatto?”

Schrödinger

Spiritoso. Comunque mi pare di sì ma non gli ha fatto niente di male. Se n’è servito solo a livello teorico, per dare un’idea concreta di un problema, un’immagine che ci parlasse in maniera chiara.
“Ma se non ho capito ancora niente!”
Ok, arriviamo al sodo. Per verificare lo stato di vita del gatto devi aprire la scatola: così facendo, agisci sul sistema diventandone parte: non sei più un osservatore passivo. Questa tua azione determina una conseguenza: è come se il sistema “scegliesse” la condizione nella quale manifestarsi a te solo nel momento in cui interagisci con esso. Prima di allora il gatto potrebbe essere sia morto …
“Io non ho fatto niente, giuro!”
che vivo …
“Sono riuscito a salvarlo!”
Non ti agitare, parliamo solo di probabilità: ed è qui che casca il gatto.
“Non era già caduto prima? avrà pure nove vite ma il tuo parte svantaggiato.”
Stai buonino, ché ora ti rispondo.
“Veramente io non ti ho chiesto niente.”
Lo so ma io te lo voglio dire lo stesso. Quando ami qualcuno vuoi dirlo a tutti, giusto?
“Ti sei innamorato di un gatto? protezioneeeeeeeee”
Stolto! Volevo solo spiegarti perché ti dico tutte queste cose; poi giuro che concludo. Dicevo: quando sei innamorato di qualcuno o profondamente appassionato di qualcosa, ne parli senza che te lo si chieda, perché è una cosa bella da condividere e può servire da invito a sperimentare altrettanto. Tornando all’esperimento, l’esimio Signor Schroedinger si era posto il problema del gatto per capire meglio il mondo delle particelle: in particolare, se la natura probabilistica della realtà microscopica confligga o no con quella deterministica del mondo macroscopico.
“Ahhhh, ora sì che è chiaro!”
Ci sto arrivando. Il nodo della questione è appunto che per noi un gatto è vivo oppure morto: si può trovare nell’una o nell’altra delle due condizioni in maniera mutualmente esclusiva. Per le particelle microscopiche invece la vita è incerta: possono sia “essere” che “non essere” qualcosa, con diversi gradi di probabilità per ognuna delle condizioni. Quale sia effettivamente lo stato di una particella lo si sa, in parte, solo osservandola, il che implica un’interazione con essa. Solo in parte perché questa interazione rende, sì, apparente una condizione della particella ma ne modifica altre. Si riesce quindi a conoscere una caratteristica della particella a scapito di un’altra, che resta indeterminata. Questo costituisce il principio d’indeterminazione di Schroedinger, uno dei pilastri della fisica nel micro-mondo dei quanti di energia e materia, dove regna la probabilità. In questo nuovo mondo, il gatto, in quanto insieme di particelle quantistiche, dovrebbe mostrare delle caratteristiche di indeterminazione: ne consegue, quindi, che prima di venire osservato, il gatto è sia un po’ vivo che anche un po’ morto, allo stesso tempo. Non è che il gatto abbia fatto indigestione di pesce andato a male: è solo che sia la vita che la morte sono equiprobabili, fifty-fifty.

Schroedinger_Ket

Ecco allora perché è famoso il gatto di Schroedinger: perché incarna un paradosso. Dall’esperienza quotidiana sappiamo bene che lo stato del gatto non è per niente incerto o ambiguo: o è vivo (essere) oppure è morto (non essere). Dal canto suo, il plutonio o, meglio, i suoi atomi possono essere e non essere allo stesso tempo: finché non si va a vedere non lo si può sapere. Nella fattispecie dell’esperimento a scatola chiusa del gatto, una sostanza radioattiva, non necessariamente il plutonio, si trova nel contenitore insieme all’animale; completa il tutto un dispositivo che, se rileva radioattività, fa scattare un martelletto che rompe una fiala di veleno che uccide il gatto …
“Che alla fiera dell’est mio padre comprò.”

Schroedinger_Cat

Eh eh eh, vedo che stavi seguendo. Guarda, mi è venuto in mente un esempio che fa al caso nostro. Hai presente quei biscotti al burro tipici del nord Europa?
“Quelli nelle scatole di metallo tonde?”
Proprio loro; ti ricordi che ci si faceva con quelle scatole una volta finiti i biscotti?
“Mia nonna ci metteva gli attrezzi per cucire.”
Pure a casa mia. Ecco, se ti trovi davanti una di queste scatole chiusa, fino a che non la apri non puoi sapere cosa ci sia dentro: conterrà ancora i biscotti oppure sarà già stata riconvertita a un altro uso”
“Ah, mo ho capito; giuro!”

Biscotti_Schroedinger

Va be’, allora annamo a inzuppa’ i biscotti in un po’ di caffè ché te vedo provato; poi semmai riprendiamo il discorso.
“No guarda, non c’è bisogno: mi compro un cane.”
Va be’, mi rifaccio su chi legge, che ringrazio per la paziente attenzione e per i commenti. Vi propongo di guardare il video qui di seguito in cui Sheldon, pardon, il Dottor Sheldon Cooper spiega a Penny cosa è il gatto di Schroedinger.
Se voleste saperne di più, non esitate a chiedere ché vi rispondo … oppure no … oppure tutt’e due? chi vivrà vedrà (e saprà).

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