What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

Il gatto di Schrödinger e la meccanica quantistica - Josh Samani

Traduttore: Isabella Martini Revisore: Ariana Bleau Lugo

Consider throwing a ball straight into the air.

Immaginate di tirare una palla in aria.

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

Riuscite a prevederne il moto una volta lasciata la mano?

Sure, that's easy.

Certo, è facile.

The ball will move upward until it gets to some highest point,

La palla salirà fino a raggiungere il punto più alto,

then it will come back down and land in your hand again.

poi tornerà giù e atterrerà di nuovo sulla vostra mano.

Of course, that's what happens,

Certo, questo è ciò che succede,

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

e lo sapete perché avete assistito a eventi simili infinite volte.

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

Da sempre osservate la fisica dei fenomeni di tutti i giorni.

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

Ma immaginiamo di dover esplorare una domanda sulla fisica degli atomi,

like what does the motion of an electron

ad esempio: com'è il moto di un elettrone

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

attorno al nucleo di un atomo di idrogeno?

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

Possiamo rispondere in base alla fisica di tutti i giorni?

Definietly not. Why?

Certo che no. Perché?

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

Perché la fisica che governa il comportamento di sistemi su scala ridotta

is much different than the physics of the macroscopic objects

è molto diversa dalla fisica degli oggetti macroscopici

you see around you all the time.

che vedete attorno a voi.

The everyday world you know and love

Il mondo che conoscete e amate

behaves according to the laws of classical mechanics.

si comporta secondo le leggi della meccanica classica.

But systems on the scale of atoms

Ma i sistemi su scala atomica

behave according to the laws of quantum mechanics.

si comportano secondo le leggi della meccanica quantistica.

This quantum world turns out to be a very strange place.

Questo mondo quantistico è in realtà un luogo molto strano.

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

Un esempio di stranezza quantistica è dato da un noto esperimento concettuale:

Schrödinger's cat.

il gatto di Schrödinger.

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

Un fisico, non particolarmente amante dei gatti, mette in una scatola un gatto

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

e una bomba con il 50% di probabilità di esplodere dopo aver chiuso la scatola.

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

Finché non la riapriamo, non sappiamo

whether the bomb exploded or not,

se la bomba sia esplosa,

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

e, quindi, se il gatto sia vivo o morto.

In quantum physics, we could say that before our observation

In fisica quantistica, si dice che prima della nostra osservazione

the cat was in a superposition state.

il gatto era in uno stato di sovrapposizione.

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

Non era né vivo né morto, ma un insieme di entrambe le possibilità,

with a 50% chance for each.

ciascuna con un 50 per cento di probabilità.

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

La stessa cosa succede ai sistemi fisici su scala quantistica,

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

come un elettrone in orbita in un atomo di idrogeno.

The electron isn't really orbiting at all.

L'elettrone in realtà non orbita.

It's sort of everywhere in space, all at once,

È sempre ovunque nello spazio,

with more of a probability of being at some places than others,

con più probabilità di essere in un punto piuttosto che in un altro,

and it's only after we measure its position

e solo dopo aver misurato la sua posizione

that we can pinpoint where it is at that moment.

si può localizzare dov'è in quel momento.

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

Come non sapevamo se il gatto fosse vivo o morto

until we opened the box.

finché non abbiamo aperto la scatola.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

Questo ci porta al fenomeno strano e affascinante

of quantum entanglement.

della correlazione quantistica.

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

Immaginiamo di avere non uno ma due gatti in due scatole diverse.

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

Se ripetiamo l'esperimento con i due gatti,

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

otterremo ogni volta un risultato diverso.

Either both cats will be alive, or both will be dead,

Possono essere entrambi vivi o morti,

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

o uno sarà vivo e l'altro morto, o viceversa.

The system of both cats is again in a superposition state,

Il sistema dei due gatti è ancora in uno stato di sovrapposizione,

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

e ogni esito avrà il 25 per cento di probabilità piuttosto che il 50 per cento.

But here's the cool thing:

Ora viene il bello:

quantum mechanics tells us it's possible to erase

la meccanica quantistica dice che si possono eliminare

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

i gatti entrambi vivi o morti dallo stato di sovrapposizione.

In other words, there can be a two cat system,

Quindi può esserci un sistema a due gatti,

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

in modo che ci sia sempre un gatto vivo e l'altro morto.

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

Tecnicamente gli stati dei gatti sono in correlazione quantistica.

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

Ma la correlazione quantistica può stupirci.

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

Se si prepara il sistema dei due gatti nelle scatole in stato di correlazione,

then move the boxes to opposite ends of the universe,

e si spostano agli estremi dell'universo,

the outcome of the experiment will still always be the same.

l'esito sarà sempre lo stesso.

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

Un gatto sarà sempre vivo e l'altro morto,

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

anche se quale dei due viva o muoia rimane del tutto indeterminato

before we measure the outcome.

prima di misurare l'esito.

How is this possible?

Com'è possibile?

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

Come possono gli stati dei gatti agli estremi dell'universo

can be entangled in this way?

essere correlati in questo modo?

They're too far away to communicate with each other in time,

Sono troppo distanti per comunicare nel tempo,

so how do the two bombs always conspire such that

quindi come fanno le due bombe a cospirare in modo

one blows up and the other doesn't?

che una esploda e l'altra no?

You might be thinking,

Potreste pensare:

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

"Questa è roba da scienziati.

This sort of thing can't happen in the real world."

Nel mondo reale queste cose non succedono."

But it turns out that quantum entanglement

Ma la correlazione quantistica

has been confirmed in real world lab experiments.

è stata confermata da esperimenti in laboratorio.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Due particelle subatomiche correlate in uno stato di sovrapposizione,

where if one spins one way then the other must spin the other way,

in cui se una gira in un senso l'altra deve girare in senso opposto,

will do just that, even when there's no way

si comporteranno così, benché non ci sia modo

for information to pass from one particle to the other

che da una particella all'altra passi l'informazione

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

che indica la direzione in cui girare per rispettare le leggi di correlazione.

It's not surprising then that entanglement is at the core

Non sorprende quindi che la correlazione sia alla base

of quantum information science,

della scienza dell'informazione quantistica,

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

il settore che studia come usare le leggi dello strano mondo quantistico

in our macroscopic world,

nel mondo macroscopico, come la crittografia quantistica,

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

così le spie possono inviarsi messaggi protetti,

or quantum computing, for cracking secret codes.

o l'informatica quantistica, per craccare i codici segreti.

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

La fisica di tutti i giorni

può iniziare a assomigliare allo strano mondo quantistico.

Quantum teleportation may even progress so far,

Il teletrasporto quantistico può progredire a tal punto

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

che un bel giorno il vostro gatto scapperà in una galassia più sicura

where there are no physicists and no boxes.

dove non ci sono né fisici né scatole.