Il demone è in grado di predire con certezza non solo il futuro dell’universo in cui si trova in quel momento, ma anche di tutti gli universi che da esso si dirameranno.
«Quando sento parlare del gatto di Schrödinger, cerco la mia pistola»: parole di Stephen Hawking circa il suo pensiero nei confronti del famoso paradosso del gatto quantistico, in grado di trasformare in zuffa una normale serata tra fisici. Il paradosso è stato coniato nel 1935 dal fisico austriaco Erwin Schrödinger al fine di portare all’assurdo le previsioni della meccanica quantistica. Il sadico esperimento mentale è il seguente: rinchiudiamo un gatto in una scatola assieme a una minuscola porzione di sostanza radioattiva, un contatore Geiger, un martelletto e una fiala riempita con cianuro. Appena un atomo della sostanza radioattiva decade, il contatore Geiger ne registra il decadimento e attiva il martelletto che rompe la fiala col cianuro con la conseguente morte del gatto. Non possiamo sapere con certezza quando il primo atomo della sostanza radioattiva decadrà, l’unica cosa di cui siamo sicuri è che qualora ciò dovesse accadere il gatto morirebbe avvelenato. Senza aprire la scatola, quindi, non c’è modo di sapere se il gatto sia vivo o morto. Fin qui niente di così stravagante. Il punto è che, in meccanica quantistica, un sistema può trovarsi in una sovrapposizione di diversi stati, anche tra loro incompatibili. Ciò significa che la funzione associata all’atomo della sostanza radioattiva può descrivere l’atomo come contemporaneamente ‘decaduto’ e ‘non decaduto’. Quando poi si effettua una misurazione sull’atomo, si dice che la sua funzione ‘collassa’ su uno solo degli stati possibili (in questo caso ‘decaduto’ o ‘non decaduto’) e quindi il risultato della misura registra una realtà ben definita e non contraddittoria. In pratica, per la meccanica quantistica, finché non si osserva un sistema, esso è contemporaneamente in tutti gli stati possibili; è solo con la sua misurazione che il sistema collassa in uno stato preciso. Il che, per tornare al gatto di Schrödinger, porterebbe alla conclusione paradossale che esso è contemporaneamente vivo e morto fino a quando non apriamo la scatola, e solo a quel punto collasserà nello stato ‘vivo’ o nello stato ‘morto’.
Si potrebbe immaginare che in realtà l’atomo (e quindi il gatto) sia in ogni istante in un preciso stato ‘decaduto/non decaduto’ (‘vivo/morto’) e che noi, nella nostra ignoranza, possiamo scoprirlo solamente effettuando un rilevamento diretto. Fino al momento della misurazione, in qualche modo, mascheriamo la nostra ignoranza fingendo che il sistema sia contemporaneamente in due stati distinti, anche se in realtà sappiamo non essere così. La funzione che descrive lo stato del sistema, durante il processo di osservazione non collasserebbe, quindi, su uno degli stati possibili, ma semplicemente rivelerebbe esplicitamente lo stato in cui il sistema si trovava già prima di essere misurato. Anche Albert Einstein pensava qualcosa del genere – pensiero racchiuso nella sua massima “Dio non gioca a dadi con il mondo”.
Nella fisica classica le cose stanno effettivamente così. I risultati di un dato esperimento sono sempre certi, al più siamo noi a non essere in grado di definire sufficientemente bene i parametri del sistema. In quest’ultimo caso si traveste la nostra ignoranza col concetto di probabilità. Pensiamo, ad esempio, al lancio di una moneta. Sappiamo tutti che la probabilità di ottenere ‘testa’ è del cinquanta per cento, ma se potessimo conoscere esattamente da che altezza viene lanciata la moneta, con che forza, in quale punto esatto si applica tale forza, etc. potremmo predire il risultato con certezza. Il marchese Pierre-Simon Laplace immaginava la conseguenza più inquietante di un mondo siffatto: il demone di Laplace, un essere a conoscenza della posizione e della velocità di tutte le particelle dell’universo. Attraverso le leggi della fisica classica, egli sarebbe in grado di predire in maniera esatta e deterministica tutto il passato e tutto il futuro del mondo; nulla potrebbe stupirlo o sfuggire dai suoi conti.
In realtà, la questione è ben più complessa ed esistono esperimenti in cui un’interpretazione in questi termini della meccanica quantistica porta a delle previsioni errate. Senza entrare eccessivamente nei dettagli, possiamo dire che gli esperimenti mostrano effetti di interferenza tra i diversi stati coesistenti prima della misura, per cui occorre accettare il fatto che, prima di osservarlo, il sistema non è in un unico stato preciso e ben definito. Il che implica che non esiste una previsione certa di quale sarà lo stato del sistema una volta misurato. In qualche modo, Dio gioca effettivamente a dadi con il mondo, nel senso che la probabilità è intrinseca nei sistemi quantistici. Le affermazioni probabilistiche in campo quantistico sono ‘irriducibili’, non riflettono una nostra ignoranza. Il demone di Laplace sembra essere sconfitto da un’imprevedibilità connaturata nella natura stessa.
Ma allora l’atomo è veramente contemporaneamente decaduto e non decaduto prima di misurarlo? Ci sono diverse risposte a questa domanda, che corrispondono a diverse interpretazioni della meccanica quantistica. Secondo l’interpretazione ‘di Copenaghen’ – una tra le più condivise dagli scienziati – la domanda è mal posta, perché la scienza può studiare unicamente ciò che è rilevabile e osservabile, perciò domandarsi che cosa accada prima della misurazione è privo di senso.
Esiste però un’altra interpretazione, altrettanto legittima, chiamata “a molti mondi”. Secondo i sostenitori di questa interpretazione, esisterebbero due universi, uno in cui si realizza il decadimento dell’atomo con la conseguente morte del gatto e l’altro in cui si realizza lo scenario opposto. Più in generale, ogni qualvolta un sistema quantistico si trovi ad un bivio, esso prende entrambe le strade possibili, e l’universo in qualche modo si sdoppia in due universi con scenari opposti. Ecco che allora ritorna in scena una versione più moderna del demone di Laplace. Di fronte ad un esperimento quantistico, egli conosce esattamente tutti i possibili risultati e sa che tutti si realizzeranno, ognuno in un universo diverso. Perciò, il demone è in grado di predire con certezza non solo il futuro dell’universo in cui si trova in quel momento, ma anche di tutti gli universi che da esso si dirameranno.