Il gatto di Schrödinger e la meccanica quantistica - Josh Samani

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

La fisica classica dei fenomeni del mondo macroscopico è molto diverso dalla fisica quantistica che governa i sistemi su una scala molto più piccola (come gli atomi). Un grande esempio di stranezza della fisica quantistica può essere mostrato in un esperimento mentale del gatto di Schrödinger. Josh Samani ci guida attraverso questo concetto di correlazione quantistica.

Lezione di Josh Samani, animazione di Dan Pinto.

Immaginate di tirare una palla in aria.

Riuscite a prevederne il moto
una volta lasciata la mano?

Certo, è facile.

La palla salirà fino a raggiungere
il punto più alto,

poi tornerà giù e atterrerà
di nuovo sulla vostra mano.

Certo, questo è ciò che succede,

e lo sapete perché avete assistito
a eventi simili infinite volte.

Da sempre osservate
la fisica dei fenomeni di tutti i giorni.

Ma immaginiamo di dover esplorare
una domanda sulla fisica degli atomi,

ad esempio: com'è il moto di un elettrone

attorno al nucleo di un atomo di idrogeno?

Possiamo rispondere
in base alla fisica di tutti i giorni?

Certo che no. Perché?

Perché la fisica che governa
il comportamento di sistemi su scala ridotta

è molto diversa
dalla fisica degli oggetti macroscopici

che vedete attorno a voi.

Il mondo che conoscete e amate

si comporta secondo le leggi
della meccanica classica.

Ma i sistemi su scala atomica

si comportano secondo le leggi
della meccanica quantistica.

Questo mondo quantistico
è in realtà un luogo molto strano.

Un esempio di stranezza quantistica
è dato da un noto esperimento concettuale:

il gatto di Schrödinger.

Un fisico, non particolarmente amante
dei gatti, mette in una scatola un gatto

e una bomba con il 50% di probabilità
di esplodere dopo aver chiuso la scatola.

Finché non la riapriamo, non sappiamo

se la bomba sia esplosa,

e, quindi, se il gatto sia vivo o morto.

In fisica quantistica, si dice
che prima della nostra osservazione

il gatto era in uno stato
di sovrapposizione.

Non era né vivo né morto,
ma un insieme di entrambe le possibilità,

ciascuna con un 50 per cento
di probabilità.

La stessa cosa succede
ai sistemi fisici su scala quantistica,

come un elettrone in orbita
in un atomo di idrogeno.

L'elettrone in realtà non orbita.

È sempre ovunque nello spazio,

con più probabilità di essere
in un punto piuttosto che in un altro,

e solo dopo aver misurato
la sua posizione

si può localizzare dov'è in quel momento.

Come non sapevamo
se il gatto fosse vivo o morto

finché non abbiamo aperto la scatola.

Questo ci porta
al fenomeno strano e affascinante

della correlazione quantistica.

Immaginiamo di avere non uno
ma due gatti in due scatole diverse.

Se ripetiamo l'esperimento
con i due gatti,

otterremo ogni volta un risultato diverso.

Possono essere entrambi vivi o morti,

o uno sarà vivo e l'altro morto,
o viceversa.

Il sistema dei due gatti è ancora
in uno stato di sovrapposizione,

e ogni esito avrà il 25 per cento
di probabilità piuttosto che il 50 per cento.

Ora viene il bello:

la meccanica quantistica
dice che si possono eliminare

i gatti entrambi vivi o morti
dallo stato di sovrapposizione.

Quindi può esserci un sistema a due gatti,

in modo che ci sia sempre
un gatto vivo e l'altro morto.

Tecnicamente gli stati dei gatti
sono in correlazione quantistica.

Ma la correlazione
quantistica può stupirci.

Se si prepara il sistema dei due gatti
nelle scatole in stato di correlazione,

e si spostano agli estremi dell'universo,

l'esito sarà sempre lo stesso.

Un gatto sarà sempre vivo e l'altro morto,

anche se quale dei due viva o muoia
rimane del tutto indeterminato

prima di misurare l'esito.

Com'è possibile?

Come possono gli stati
dei gatti agli estremi dell'universo

essere correlati in questo modo?

Sono troppo distanti
per comunicare nel tempo,

quindi come fanno le due bombe
a cospirare in modo

che una esploda e l'altra no?

Potreste pensare:

"Questa è roba da scienziati.

Nel mondo reale
queste cose non succedono."

Ma la correlazione quantistica

è stata confermata
da esperimenti in laboratorio.

Due particelle subatomiche
correlate in uno stato di sovrapposizione,

in cui se una gira in un senso
l'altra deve girare in senso opposto,

si comporteranno così,
benché non ci sia modo

che da una particella
all'altra passi l'informazione

che indica la direzione in cui girare
per rispettare le leggi di correlazione.

Non sorprende quindi
che la correlazione sia alla base

della scienza
dell'informazione quantistica,

il settore che studia come usare
le leggi dello strano mondo quantistico

nel mondo macroscopico,
come la crittografia quantistica,

così le spie possono inviarsi
messaggi protetti,

o l'informatica quantistica,
per craccare i codici segreti.

La fisica di tutti i giorni

può iniziare a assomigliare
allo strano mondo quantistico.

Il teletrasporto quantistico
può progredire a tal punto

che un bel giorno il vostro gatto
scapperà in una galassia più sicura

dove non ci sono né fisici né scatole.