Cent’anni dalla grande intuizione di Schrödinger ad Arosa

La Svizzera è stata al centro della rivoluzione della fisica quantistica nei primi decenni del Novecento. A scanso di equivoci, questa volta non ci riferiamo ad Albert Einstein, ma a un altro gigante della scienza: Erwin Schrödinger, fisico austriaco che cento anni fa, ad Arosa, formulò la celebre equazione che porta il suo nome, dando un contributo fondamentale allo sviluppo della teoria quantistica. Il centenario è stato celebrato dall’Accademia Svizzera di Scienze Naturali con una targa posta proprio nella località grigionese, designata come “Sito storico della chimica”. 

Schrödinger trascorse le vacanze di Natale del 1925-26 ad Arosa, mentre era professore di fisica all’Università di Zurigo. Giunto sul posto per curare la tubercolosi, Schrödinger, per usare le sue stesse parole, si lasciò «distrarre da una bella teoria». Ad Arosa il professore mise a punto l’articolo scientifico che contiene la celebre equazione di Schrödinger e lo inviò il 21 gennaio 1926 alla rivista Annalen der Physik. L’articolo venne pubblicato il 13 marzo e spiegava come descrivere il mondo dell’infinitamente piccolo, permettendo di calcolare la probabilità che una particella si trovi in un certo stato o in una certa posizione. 

Chi è appassionato di scienza ricorderà che lo scorso anno è stato celebrato il centenario della meccanica quantistica, in occasione della pubblicazione dei lavori di Werner Heisenberg. Questa nuova celebrazione non deve sorprendere, perché la nascita della più straordinaria teoria fisica del Novecento non avvenne in un unico momento, ma fu il risultato di sforzi teorici e sperimentali distribuiti nell’arco di diversi anni. Oggi l’equazione di Schrödinger è utilizzata quotidianamente da ricercatori di tutto il mondo per comprendere, ad esempio, di che cosa è fatta la materia o come interagiscono tra loro le molecole per formare un composto chimico. 

La carriera accademica di Schrödinger proseguì in diverse università europee e, mentre lavorava all’Università di Oxford, nel Regno Unito, ricevette nel 1933 il premio Nobel per la fisica insieme a Paul Dirac per «la scoperta di nuove forme produttive della teoria atomica». Il suo percorso professionale fu reso complesso anche dall’avvento del nazismo in Europa e, nel 1939, si stabilì a Dublino, in Irlanda, dove rimase fino alla pensione nel 1955. 

Il nome di Schrödinger è spesso associato al celebre gatto, un esperimento mentale di natura più filosofica che sperimentale, ideato nel 1935 per mettere in discussione l’interpretazione dominante della fisica quantistica. L’esperimento si basa sul principio di sovrapposizione, secondo cui una particella può trovarsi in più stati contemporaneamente. La cosiddetta interpretazione “ortodossa” della fisica quantistica sostiene che questo non sia solo un artificio teorico, ma descriva effettivamente il comportamento della natura su scale molto piccole, per quanto possa sembrare incredibile. 

Collegando un evento microscopico, come il decadimento di un atomo radioattivo, a un sistema macroscopico, come un gatto chiuso in una scatola con un meccanismo letale, l’esperimento mentale di Schrödinger conduce a una conclusione paradossale: finché il sistema non viene osservato, l’atomo è sia decaduto sia non decaduto e il gatto risulta quindi allo stesso tempo vivo e morto. Non c’è una risposta giusta e né una soluzione a questa perplessità, ma serve a spingere al limite la teoria e stimolare la discussione.

Oggi i ricercatori stanno cercando di realizzare versioni concrete di questo esperimento, senza naturalmente coinvolgere né gatti né fialette di veleno. La sfida consiste nel creare sistemi quantistici il più grandi possibile per capire dove si collochi il limite della teoria, ammesso che esista. Fino a poche settimane fa, il record per il sistema più grande posto in una sovrapposizione di stati era detenuto da un gruppo del Politecnico federale di Zurigo, ma il 21 gennaio un gruppo di Vienna è riuscito a superarlo realizzando uno stato quantistico ancora più grande.