Gatto di Schrödinger

Nessun essere le cui dimensioni siano più grandi di quelle di un atomo può trovarsi in due posti nello stesso momento. Ma gli atomi e le particelle sono governati dalle regole della meccanica quantistica, in cui possono coesistere contemporaneamente diverse situazioni. Pertanto, è verosimile che il celebre gatto di Schrödinger possa esistere.

 

Il gatto di Schrödinger: un mistero regolato dalla meccanica quantistica

I sistemi quantistici agiscono in base alla cosiddetta “funzione d’onda”: un oggetto matematico che descrive le probabilità con cui queste diverse situazioni possibili si verifichino. Esse possono coesistere nella funzione d’onda nel fenomeno definito “sovrapposizione” di diversi stati. L’esistenza di una particella in più luoghi contemporaneamente è detta “sovrapposizione spaziale”. Solo durante una misurazione la funzione d’onda “collassa” e il sistema finisce per trovarsi in uno stato definito.

Negli anni Trenta del secolo scorso, il fisico austriaco Erwin Schrödinger ideò il suo famoso esperimento su un gatto in una scatola che, secondo la meccanica quantistica, poteva essere vivo e morto allo stesso tempo. L’esperimento consiste nel mettere un gatto in una scatola sigillata in cui un evento quantistico casuale ha il 50 per cento di possibilità di ucciderlo. Finché la scatola non viene aperta e il gatto non viene osservato, il gatto è sia vivo che morto allo stesso tempo. In altre parole, il gatto esiste come funzione d’onda (con molteplici possibilità) prima di essere osservato. Quando viene osservato, diventa un oggetto definito.

Dopo molte discussioni, la comunità scientifica dell’epoca è giunta alla conclusione che la meccanica quantistica può essere applicata solo ad atomi e molecole, ma non può descrivere oggetti di dimensioni molto più grandi.

Tuttavia, questa posizione si è rivelata del tutto errata. Negli ultimi due decenni circa, i fisici sono stati in grado di indurre stati quantici in oggetti fatti di miliardi di atomi, abbastanza grandi da essere visibili ad occhio nudo, anche se non hanno ancora incluso nelle loro ricerche la sovrapposizione spaziale.

Un eventuale meccanismo che rimuove il potenziale di sovrapposizione quantistica da oggetti di grandi dimensioni implicherebbe un disturbo della funzione d’onda e la produzione di calore. Tale calore, a sua volta, implicherebbe l’impossibilità di una sovrapposizione quantistica su larga scala. Le febbrili ricerche di una traccia di calore che indicasse un disturbo della funzione d’onda hanno portato a formulare un esperimento che potrebbe rivelare la possibilità o meno di una sovrapposizione spaziale per oggetti di grandi dimensioni.

 

Alla ricerca dei più piccoli movimenti

Il nostro esperimento utilizzerebbe risonatori a frequenze molto più alte di quelle utilizzate. In questo modo si eliminerebbe il problema del calore del frigorifero. Come negli esperimenti precedenti, dovremmo usare un frigorifero a 0,01 gradi Kelvin sopra lo zero assoluto. Con questa combinazione di temperature molto basse e frequenze molto alte, le vibrazioni nei risonatori subiscono un processo chiamato “condensazione Bose”.

Le particelle di luce entrerebbero nel risonatore rimbalzando avanti e indietro per milioni di volte, assorbendo l’energia in eccesso. La produzione di calore indicherebbe che una fonte sconosciuta ha disturbato la funzione d’onda. Questo comporterebbe l’impossibilità di una sovrapposizione su larga scala.

Questo esperimento, seppur impegnativo e non realizzabile nel breve periodo, potrebbe rivelare se ogni cosa sia quantica oppure no. Tuttavia, al momento non c’è modo di sapere quale influenza possa avere la sovrapposizione quantica su un gatto, su un essere umano o su qualsiasi essere vivente.

Ph. credits: Foto di Gerd Altmann da Pixabay