Gatto di Schrödinger: che cos'è il Paradosso dell'amico di Wigner?

Il Paradosso dell’amico di Wigner è un esperimento mentale proposto dal fisico ungherese-americano Eugene Wigner nel 1961. Questo esperimento si inserisce nel contesto della meccanica quantistica, un campo della fisica che studia il comportamento delle particelle subatomiche. In particolare, il paradosso affronta le implicazioni filosofiche e interpretative del concetto di "osservazione" e "misura" nella meccanica quantistica, sviluppando ulteriormente il famoso paradosso del gatto di Schrödinger.

Il Gatto di Schrödinger: un passo indietro

Prima di addentrarci nel paradosso dell'amico di Wigner, è utile comprendere brevemente il paradosso del gatto di Schrödinger, poiché quest'ultimo costituisce la base del ragionamento di Wigner. Il paradosso del gatto di Schrödinger è un esperimento mentale ideato da Erwin Schrödinger nel 1935 per illustrare alcune delle stranezze della meccanica quantistica, in particolare il concetto di sovrapposizione quantistica.

In questo esperimento immaginario, un gatto viene posto in una scatola chiusa insieme a un dispositivo che contiene una piccola quantità di sostanza radioattiva. Se un atomo della sostanza radioattiva decade (un evento quantistico casuale), un meccanismo si attiva e uccide il gatto. Secondo l'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica, fino a quando la scatola non viene aperta e il gatto osservato, esso si trova in uno stato di sovrapposizione, simultaneamente vivo e morto. Solo l'atto dell'osservazione collassa la funzione d'onda del gatto, facendo sì che esso risulti o vivo o morto.

Il Paradosso dell’Amico di Wigner

Wigner estende l’esperimento di Schrödinger immaginando un osservatore esterno, chiamato "l’amico di Wigner", che compie l’osservazione al posto di Wigner stesso. Supponiamo che l'amico di Wigner apra la scatola e osservi lo stato del gatto. Secondo la meccanica quantistica, l'amico percepirà il gatto in uno stato definito (vivo o morto), e quindi collasserà la funzione d'onda del sistema gatto-dispositivo.

Tuttavia, Wigner si trova all'esterno della stanza, non sa cosa ha osservato l'amico e, secondo la teoria, dovrebbe considerare l'intero sistema (incluso l'amico) come una sovrapposizione quantistica di due stati: uno in cui l'amico ha visto il gatto vivo e un altro in cui ha visto il gatto morto. In altre parole, dal punto di vista di Wigner, fino a quando egli stesso non effettua un'osservazione, anche l'amico si trova in uno stato di sovrapposizione, e l'esito dell'esperimento non è determinato.

Questo paradosso evidenzia un problema cruciale nella meccanica quantistica: chi, o cosa, collassa effettivamente la funzione d'onda? Se l'amico di Wigner può osservare e collassare la funzione d'onda del gatto, perché Wigner, che è all'esterno della stanza, dovrebbe considerare l'amico come parte di una sovrapposizione quantistica? Dove si traccia la linea tra osservatore e sistema osservato? Questo solleva domande sull'oggettività delle misure e sulla natura stessa della realtà.

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Interpretazioni e Implicazioni Filosofiche

Il paradosso dell'amico di Wigner ha importanti implicazioni filosofiche, specialmente per quanto riguarda l'interpretazione della meccanica quantistica. Diverse scuole di pensiero hanno cercato di rispondere al paradosso in modi differenti:

1. Interpretazione di Copenhagen: Questa è l'interpretazione "tradizionale" della meccanica quantistica, proposta da Niels Bohr e Werner Heisenberg. Secondo questa interpretazione, il collasso della funzione d'onda avviene nel momento in cui viene effettuata una misura da un osservatore. Tuttavia, questa interpretazione non specifica chiaramente cosa si intenda per "osservatore" o per "misura", lasciando aperta la questione di cosa succeda nell'esperimento dell'amico di Wigner.

2. Interpretazione a molti mondi: Proposta da Hugh Everett, questa interpretazione evita del tutto il concetto di collasso della funzione d'onda. Invece, suggerisce che ogni possibile risultato di una misura quantistica si realizzi in un universo parallelo. Nel contesto del paradosso dell'amico di Wigner, questo significherebbe che quando l'amico osserva il gatto, l'universo si divide in due: uno in cui l'amico vede il gatto vivo e uno in cui lo vede morto. Wigner, che osserva da fuori, esisterebbe in un sovrainsieme di questi universi.

3. Interpretazione relazionale: Proposta da Carlo Rovelli, questa interpretazione suggerisce che lo stato quantistico di un sistema è sempre relativo a un osservatore. Ciò significa che, per l'amico di Wigner, il gatto è in uno stato ben definito, mentre per Wigner, l'intero sistema (incluso l'amico) è in uno stato di sovrapposizione fino a quando Wigner non esegue una misura. In altre parole, non esiste una "realtà assoluta", ma solo una serie di relazioni quantistiche tra osservatori e sistemi.

4. Teorie del collasso oggettivo: Alcuni fisici, come Ghirardi, Rimini e Weber, hanno proposto modifiche alla meccanica quantistica per incorporare un meccanismo di collasso "oggettivo" della funzione d'onda, che non dipende dall'osservazione umana ma avviene spontaneamente. In questo caso, il paradosso dell'amico di Wigner verrebbe risolto poiché il collasso avverrebbe indipendentemente dall'atto dell'osservazione.

Il paradosso dell'amico di Wigner mette in luce le profonde questioni filosofiche e interpretative che sorgono dalla meccanica quantistica. Sebbene nessuna delle interpretazioni finora proposte abbia fornito una soluzione definitiva al paradosso, esso continua a stimolare il dibattito su cosa significhi realmente "osservare" e su come la realtà quantistica si collega alla nostra percezione del mondo. Questo paradosso, insieme a quello del gatto di Schrödinger, rimane un potente strumento per esplorare i limiti e le implicazioni della teoria quantistica, ricordandoci quanto sia ancora profondo e misterioso il mondo della fisica a livello subatomico.