Il fisico austriaco Erwin Schrödinger è uno dei padri della meccanica quantistica,
ma è famoso per lo più per qualcosa che in realtà non ha mai fatto:
un esperimento mentale che coinvolgeva un gatto.
Ipotizzò di prendere un gatto e di metterlo in una scatola chiusa
con un dispositivo che avesse il 50% di possibilità di ucciderlo in un'ora.
"Passata un'ora - si chiese - In che stato è il gatto?"
Il buonsenso suggerisce che il gatto sia o vivo o morto,
ma Schrödinger fece notare che secondo la fisica quantistica,
subito prima di aprire la scatola, il gatto è in pari misura vivo e morto,
allo stesso tempo.
Solo quando la scatola viene aperta vediamo un unico stato definito.
Fino ad allora, il gatto è una probabilità confusa,
per metà una cosa, per metà un'altra.
Sembra assurdo, così pensò Schrödinger.
Trovò la fisica quantistica così filosoficamente inquietante,
che abbandonò la teoria che aveva contribuito a formulare
e passò a scrivere di biologia.
Per quanto assurdo possa sembrare, però, il gatto di Schrödinger è del tutto reale.
Anzi, è essenziale.
Se un oggetto quantistico non potesse essere in due stati contemporaneamente,
il computer che stai usando per guardare questo filmato non potrebbe esistere.
Il fenomeno quantico della sovrapposizione
è una conseguenza della duplice natura, corpuscolare e ondulatoria, di ogni cosa.
Un oggetto può avere una lunghezza d'onda
solo se si estende in una certa area dello spazio,
il che significa che occupa molte posizioni allo stesso tempo.
La lunghezza d'onda di un oggetto in un piccolo spazio
non può tuttavia essere definita perfettamente.
Esiste quindi in molte diverse lunghezze d'onda allo stesso tempo.
Non vediamo le proprietà ondulatorie negli oggetti quotidiani
perché la lunghezza d'onda diminuisce quando aumenta la quantità di moto.
E un gatto è relativamente grande e pesante.
Se ingrandissimo un unico atomo fino alla dimensione del sistema solare,
la lunghezza d'onda di un gatto che fugge un fisico
sarebbe piccola come un atomo all'interno di quel sistema solare.
È troppo piccola, e non percepiremo mai il comportamento ondulatorio di un gatto.
Una particella piccola, come un elettrone,
può invece mostrare molto chiaramente la sua duplice natura.
Se spariamo degli elettroni uno ad uno contro due strette fessure di una parete,
ogni elettrone è rilevato sul lato opposto in un unico luogo ad un dato istante,
come una particella.
Ma se ripeti questo esperimento molte volte,
tenendo traccia di ogni singolo rilevamento,
vedrai gli elettroni formare una figura tipica del comportamento ondulatorio:
una serie di strisce, cioè zone con molti elettroni
separate da zone dove non ce ne sono affatto.
Blocca una delle fessure e le strisce scompariranno.
Questo mostra che la figura deriva dal fatto che ogni elettrone attraversa
entrambe le fessure allo stesso tempo.
Un singolo elettrone non sceglie destra o sinistra
ma va a destra e a sinistra simultaneamente.
Questa sovrapposizione di stati porta anche a tecnologie moderne.
Un elettrone vicino al nucleo di un atomo ha un'orbita estesa, simile a un'onda.
Unisci due atomi,
e gli elettroni non avranno bisogno di sceglierne solo uno
ma saranno condivisi fra i due.
È così che si formano alcuni legami chimici.
In una molecola un elettrone non è solo sull'atomo A o sull'atomo B, ma su A+B.
Se aggiungi più atomi, gli elettroni si estendono di più,
condivisi da immensi numeri di atomi contemporaneamente.
In un solido gli elettroni non sono legati ad un atomo particolare
ma condivisi tra tutti loro, estendendosi su un'ampia porzione di spazio.
Questa gigantesca sovrapposizione di stati
determina come si muovono gli elettroni attraverso il materiale,
e quindi se questo è un conduttore, un isolante o un semiconduttore.
Capire come gli elettroni sono condivisi fra gli atomi
permette di controllare con precisione le proprietà dei semiconduttori,
come il silicone.
Combinare diversi semiconduttori nel modo giusto
ci permette di produrre transistor su scala piccola,
milioni su ogni singolo chip.
In quei chip e i loro elettroni estesi
risiedono le capacità del computer con cui guardi questo video.
Una vecchia battuta dice che Internet esiste per condividere video di gatti.
Ma a un livello molto profondo, Internet deve la sua esistenza
a un fisico austriaco e al suo gatto immaginario.