Il gatto di Schrödinger e la gravità

I ricercatori di tutta Europa hanno recentemente testato quella che potrebbe essere una potenziale spiegazione dell'apparente collasso di una forma d'onda, determinata non da osservazioni o da multiversi stranamente ramificati, ma dalla geometria dello spaziotempo.

gatto di Schrödinger

L’esperimento mentale ideato da Erwin Schrödinger nel 1935, noto come il paradosso del gatto ha lo scopo di spiegare come la meccanica quantistica offra risultati paradossali se applicata al mondo macroscopico. L’esperimento presenta un gatto che, in uno stato noto come sovrapposizione quantistica, può essere allo stesso tempo sia vivo che morto, come conseguenza dell’essere collegato a un evento subatomico casuale che può avvenire o meno.

Per quasi un secolo, le più grandi menti del mondo hanno lottato con la certezza matematica che gli oggetti possono trovarsi in più posizioni contemporaneamente prima che un evento li blocchi in una posizione definita. Alcuni fisici si sono domandati se la buona vecchia gravità sia causa della forzatura dell’equivalente particellare di una pallina della roulette a depositarsi nella sua tasca metaforica. Questo sembra un po’ meno probabile sulla scia di un nuovo esperimento.

I ricercatori di tutta Europa hanno recentemente testato quella che potrebbe essere una potenziale spiegazione dell’apparente collasso di una forma d’onda, determinata non da osservazioni o da multiversi stranamente ramificati, ma dalla geometria dello spaziotempo. Questa idea affonda le sue radici in un articolo pubblicato nel 1966 dal fisico ungherese Frigyes Karolyhazy, sostenuto decenni dopo da geniali fisici come Roger Penrose e Lajos Diósi.

In effetti, è stato Diósi a collaborare con alcuni scienziati per determinare se fosse proprio la gravità la causa di uno dei paradossi più sconvolgenti della fisica quantistica.

Per 30 anni, nel mio paese sono stato sempre criticato per aver speculato su qualcosa di assolutamente non verificabile“, ha detto Diósi in un’intervista a George Musser per Science Magazine.

Nuovi sviluppi della tecnologia hanno finalmente permesso di fare ulteriori e più approfondite verifiche. Tuttavia per capire come funziona, dobbiamo calarci negli angusti meandri della fisica quantistica.

Nei primi anni del XX secolo, i fisici teorici pensavano alle particelle come onde per accordare ciò che stavano imparando sulla fisica atomica e sulla luce. Nonostante il tentativo, le particelle non si comportavano solo come onde che increspano la superficie di uno stagno ma piuttosto come una linea curva su un grafico che descrive la possibilità di vincere una scommessa in una partita a dadi.

Per alcuni fisici, l’intera analogia con il gioco d’azzardo era solo un comodo fattore di confusione, da risolvere in seguito quando si sarebbe capito di più sulla natura fondamentale della fisica quantistica. Altri invece erano irremovibili, per essi la fisica quantistica era completa e non necessitava di alcuna correzione.

Spiegare come si passa da un dado lanciato a un numero chiaramente definito che descrive cose come lo spin delle particelle, la posizione o lo slancio è la parte che ha lasciato tutti perplessi. Il famoso fisico svizzero Erwin Schrödinger era fermamente sul “fattore fudge” di squadra. Ideò il singolare esperimento mentale che coinvolge un gatto vivo e morto allo stesso tempo (fino a quando non lo si osserva), solo per mostrare quanto fosse assurda l’intera cosa della “realtà indecisa“.

Dopo un secolo, la sovrapposizione, l’idea di oggetti come gli elettroni (o più grandi) che occupano più stati e posizioni contemporaneamente fino a quando non vengono “disturbati” da una misurazione è diventata una caratteristica fondamentale della fisica moderna. Proprio questo ha portato allo sviluppo di un nuovo ramo della tecnologia il cosi detto calcolo quantistico.

Per evitare di dover invocare infinite versioni coesistenti della realtà per spiegare perché molte possibilità diventano una quando una particella viene misurata, è necessario qualcosa di meno stravagante perché la probabilità quantistica collassi. Per fisici come Penrose e Diósi, la gravità potrebbe essere la chiave di volta del concetto.

Quel genio che era Albert Einstein ha spiegato la forza di gravità utilizzando il concetto di un tessuto tridimensionale intrecciato alla dimensione temporale che si incurva a causa della presenza della massa. Tuttavia, una descrizione quantistica di questo “spaziotempo” continua a sfuggire ai teorici. Eppure questa netta discrepanza tra i due campi costituisce una buona spina dorsale per allineare le onde di possibilità. La versione di Penrose di questa idea si basa sull’affermazione che occorrono quantità diverse di energia perché le particelle persistano in stati diversi.

Se seguiamo la famosa equazione di Einstein dove E = mc ^ 2, quella differenza di energia si manifesta come una differenza di massa; che, a sua volta, influenza la forma dello spaziotempo in ciò che osserviamo come gravità (E rappresenta l’energia, m invece la massa e c la velocità della luce nel vuoto, una costante che equivale a circa 300 mila Km al secondo). Dato un sufficiente contrasto in tutti gli stati possibili, la forma immutabile dello spaziotempo garantirà un costo sostanziale da pagare, scegliendo effettivamente una singola versione a bassa energia delle proprietà di una particella da inserire. È un’idea allettante e fortunatamente con una componente potenzialmente testabile. A tutti gli effetti, quello scatto dovrebbe influenzare la posizione di una particella.

È come se avessi dato un calcio a una particella“, ha detto a Science Magazine il fisico Sandro Donadi dell’Istituto di Studi Avanzati di Francoforte .

Dai un calcio sufficiente a un elettrone e lo costringerai a rilasciare fotoni. Logicamente, tutto ciò che resta da fare è creare una sorta di esperimento sul gatto di Schrödinger bloccando il giusto tipo di materiale all’interno di una scatola di piombo, sepolto lontano dagli effetti delle radiazioni, registrando le emissioni di luce. Quel materiale, in questo caso, è il germanio.

Se le somme di Penrose sono corrette, un cristallo di germanio dovrebbe generare decine di migliaia di lampi di luce per diversi mesi mentre le sue particelle sovrapposte si stabiliscono in stati misurati. Ma Diósi e il suo team non hanno osservato decine di migliaia di fotoni. In un periodo di due mesi in cui hanno condotto l’esperimento sotterraneo cinque anni fa al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’INFN, ne hanno misurato a malapena diverse centinaia, proprio quello che ci si aspetterebbe per l’effetto delle radiazioni che riescono ad infiltrarsi.

Penrose non è troppo preoccupato. Se la gravità dovesse indurre le particelle a emettere radiazioni al collasso, potrebbe comunque andare contro le leggi strettamente controllate della termodinamica dell’Universo .

Ovviamente questa non è la fine della storia. In esperimenti futuri, si potrebbe ancora dimostrare che la gravità è responsabile dell’appiattimento delle onde quantistiche. In questo momento, tutto sembra ancora possibile.

Questa ricerca è stata pubblicata su Nature Physics.

Fonte: https://it.wikipedia.org/wiki/Paradosso_del_gatto_di_Schr%C3%B6dinger
Fonte: https://www.sciencealert.com/new-experiment-shows-the-fate-of-schroedinger-s-cat-probably-isn-t-in-the-hands-of-gravity