La meccanica quantistica, che descrive in prima battuta il mondo microscopico, è talmente controintuitiva se rapportata alla nostra esperienza quotidiana con oggetti macroscopici, che uno dei suoi stessi padri, Erwin Schrödinger, non riusciva ad accettarne appieno alcune delle conseguenze interpretative.

Fu così che, nel 1935, ideò un celebre esperimento mentale, che ha come protagonista uno sventurato gatto, per mettere in luce gli aspetti paradossali che emergono quando si provano ad applicare i principi della teoria al mondo macroscopico.

L’esperimento, in particolare, fa riferimento a due aspetti fondanti della fisica quantistica: il principio di sovrapposizione e il problema della misura.

Secondo il principio di sovrapposizione, se a un sistema quantistico sono concessi diversi possibili stati fisici – come, ad esempio, una particella che può occupare più posizioni nello spazio – questo, in generale, non si troverà in uno solo di tali stati, ma in una sovrapposizione di tutti gli stati possibili. Non è dunque possibile attribuire alla particella una posizione ben definita prima della misura: essa è descritta da uno stato quantistico associato a un insieme di posizioni possibili.

Quello che invece è possibile calcolare è la probabilità che, una volta effettuata una misura, la particella venga rivelata in un determinato punto piuttosto che in un altro.

Lo stesso vale per altre “osservabili” quantistiche. Immaginiamo un atomo radioattivo: questo può trovarsi nello stato “integro” oppure nello stato “decaduto”. Si tratta di un sistema con due possibili stati e il principio di sovrapposizione ci dice che, finché non viene effettuata una misura, l’atomo può essere descritto come una sovrapposizione di entrambi gli stati. Tutto ciò che possiamo fare è calcolare la probabilità di osservarlo in uno dei due stati quando verrà misurato.

È proprio una sostanza radioattiva il sistema quantistico che Schrödinger porta come esempio nel suo esperimento mentale: all’interno di una scatola sono rinchiusi, oltre alla sostanza radioattiva, un gatto, un contatore Geiger, una fiala di veleno e un meccanismo attivabile dal contatore in grado di rompere la fiala. (vd. infografica a)

infografica a: Illustrazione del paradosso del gatto di Shrödinger.

Se la sostanza decade, il contatore attiva il meccanismo, il veleno viene rilasciato e il povero gatto muore.

Secondo il principio di sovrapposizione, però, la sostanza si trova in una sovrapposizione degli stati “decaduta” e “non decaduta”. Di conseguenza, anche il fato del felino risulta correlato a quello dell’atomo: finché non viene effettuata una misura dell’intero sistema, il gatto è descritto da una sovrapposizione degli stati “vivo” e “morto”. Quando si apre la scatola e si osserva il sistema, il gatto risulterà vivo oppure morto, con una probabilità calcolabile.

Con questo esperimento Schrödinger voleva mettere in luce alcune criticità concettuali di una teoria che, ad oggi, è stata verificata sperimentalmente con precisione straordinaria e che continua a porre profonde questioni interpretative a fisici, fisiche e filosofi e filosofe della scienza.