Il gatto di Schrödinger? Ha temperature diverse contemporaneamente



(foto :Getty Images)

Se il gatto di Schrödinger può essere vivo e morto allo stesso tempo, potrà (giustamente) avere due temperature diverse contemporaneamente? La risposta dei fisici dell’Università di Exeter è sì, nel mondo dei quanti è così. E nel loro articolo pubblicato su Nature Communications enunciano una nuova relazione di incertezza quantistica che condanna gli oggetti nanoscopici in un limbo di temperature. Un principio che, a detta degli autori, cambierà il modo in cui gli scienziati misurano la temperatura di gatti di punti quantici, piccoli semiconduttori o singole cellule.

La nuova relazione di incertezza quantistica stabilisce che “più si conosce con precisione la temperatura degli oggetti in un sistema quantistico meno si può stabilire la loro energia, e viceversa”. Chiaro? Probabilmente no. Per cercare di intuire il principio possiamo partire dal principio di indeterminazione nella relazione tra temperature e energia formulato da Heisenberg e Bohr negli anni ’30 del secolo scorso.

Uno dei metodi per misurare con precisione la temperatura di un corpo è quello di immergerlo in un serbatoio (per esempio una vasca di acqua) a temperatura nota e misurare il tempo necessario al raggiungimento dell’equilibrio termico, lo scenario in cui l’oggetto immerso raggiunge la stessa temperatura del fluido del serbatoio. Dal punto di vista microscopico, l’equilibrio termico si raggiunge perché corpo e serbatoio si scambiano continuamente pacchetti di energia infinitesimali: è questo il motivo per cui temperatura ed energia sono intrinsecamente legate. Ed è anche il motivo per cui la misura della temperatura del corpo fa oscillare la misura della sua energia, che quindi resta quantificabile solo all’interno di un certo margine d’errore.

Il ragionamento vale anche nel verso opposto: volendo definire l’energia, si può poi risalire alla sua temperatura? No, perché per misurare l’energia all’interno di un sistema non quantistico dovrei isolare l’oggetto, impedendogli di scambiare energia con qualsiasi cosa. Ma così facendo si preclude la possibilità di misurare la sua temperatura usando il metodo del serbatoio. E dunque, in questo caso, l’incertezza risiederebbe proprio nella temperatura.

I fisici di Exeter hanno portato l’incertezza su scala quantistica e grazie al paradosso del gatto di Schrödinger – l’esperimento ideale pensato dall’omonimo fisico austriaco per spiegare il principio di sovrapposizione e il collasso degli stati, due leggi fondamentali della meccanica quantistica – hanno dimostrato matematicamente che le cose si fanno ancora più strane. Gli scienziati, in particolare, hanno mostrato che il principio di sovrapposizione vale anche per la temperatura, ossia che un sistema quantistico può trovarsi in due (o più) stati di temperatura diversi nello stesso momento. A ciascuno di tali stati corrispondono altrettanti stati di energia, dal momento che – come abbiamo visto – energia e temperatura sono grandezze intrinsecamente legate; e la misurazione della temperatura (proprio come l’apertura della scatola che contiene il gatto) fa sì che il sistema collassi su uno dei tanti stati che componevano la sovrapposizione.


Fonte: WIRED.it