Congresso Solvay, 1927
Foto: Pubblico dominio Bruxelles, 1927. Le menti più brillanti di una generazione, e forse della storia, si riuniscono al quinto congresso Solvay, un incontro triennale organizzato da un industriale belga e dedicato quell’anno al nuovo paradigma della fisica dei quanti. Difficile trovare una foto con un maggior numero di geni: delle ventinove persone disposte su tre file, diciassette avevano vinto un Nobel e lo avrebbero vinto di lì a poco. Una ne avrebbe vinti addirittura due, ed è l’unica donna della foto: Marie Curie. Al centro, l'emblematica figura di Einstein, con i capelli più addomesticati del solito. E poi, solo per citarne alcuni, Heisenberg, Lorentz, Bohr, Planck, Dirac, Pauli, De Broglie. Insomma, un vero e proprio dream team dei cervelli. E in ultima fila, in piedi giusto dietro Einstein, ecco spuntare come una mosca bianca Schrödinger – l’unico in doppio petto di lino chiaro e papillon, gli inconfondibili occhialetti tondi, un sorriso vagamente enigmatico.
Un personaggio eccentrico Erwin Schrödinger fu un personaggio eccentrico e fuori dalle righe in ogni aspetto della sua vita. Nacque a Vienna nel 1887, dove ottenne il dottorato in fisica. Coltivò con passione anche altri ambiti del sapere, tra cui il pensiero di Schopenhauer, il buddismo e l’Advaita Vedanta, la filosofia indiana non dualista. Insegnò in Germania, poi in Svizzera, poi di nuovo in Germania. In seguito all’ascesa al potere di Hitler, fu tra i pochi professori non ebrei a rifiutare di dichiarare la propria fedeltà al regime. Dopo aver assistito a un pestaggio di alcuni suoi studenti ebrei da parte delle SA, capì che la nuova società tedesca che si profilava all’orizzonte non faceva per lui, e decise di lasciare la sua cattedra a Berlino.
Schrödinger fu tra i pochi professori non ebrei a rifiutare di dichiarare la propria fedeltà al regime nazista
Lui e la moglie Anny Bertel furono dei seguaci ante litteram del poliamore. Lei ebbe a lungo una relazione con il matematico tedesco Hermann Weyl. Lui di relazioni ne ebbe varie, ma la più nota è quella con Hilde March, moglie del suo collega Arthur March. Erwin la mise incinta poco prima di trasferirsi a Oxford, quindi si spese per fare assumere alla stessa università anche Arthur, in modo che potessero partire tutti quanti insieme. Anny e Hilde crebbero il figlio in tandem, ma sembra che quegli innovativi modelli familiari non fossero benvisti nell’austero clima oxoniense, spingendo ben presto lo scienziato austriaco a cercarsi un’altra università.
Erwin Schrödinger
Foto: Cordon Press La vicenda di Schrödinger come ricercatore è indissolubilmente legata a uno dei periodi più appassionanti della storia della scienza. Era dall’inizio del XX secolo che il rassicurante edificio della fisica classica, quella di Newton e Galilei per intenderci, viveva una crisi profonda. Prima era arrivata la teoria della relatività di Einstein, che aveva messo in discussione due dei pilastri fondamentali della meccanica newtoniana: lo spazio e il tempo assoluti. Subito dopo si era aperta una nuova crepa, questa volta a partire dallo studio dell’infinitamente piccolo: tutti i tentativi di applicare agli atomi le leggi della fisica “macroscopica” erano falliti. Le scoperte di Bohr nel 1913 avevano dimostrato che non era possibile pensare al nucleo e agli elettroni sul modello dei pianeti in orbita nel sistema solare, come si era cercato di fare fino ad allora. L’universo subatomico dimostrava dei comportamenti propri, che non potevano essere descritti attraverso le leggi che regolano il mondo cui viviamo. Gli elettroni sembravano muoversi solo lungo delle orbite determinate, spostandosi dall’una all’altra secondo dei bruschi salti “quantici”, come se non potessero esistere negli spazi intermedi.
L'elettrone come onda Schrödinger, studiando praticamente in solitudine, diede un contributo fondamentale a mettere ordine nella teoria quantistica grazie a un’equazione formulata nel 1926, che gli valse il Nobel nel 1933 e che permetteva di spiegare moltissimi fenomeni subatomici descrivendo l’elettrone come un’onda.
Ma la cosa gli sfuggì di mano quando Niels Bohr e Werner Karl Heisenberg, due fisici esponenti della cosiddetta scuola di Copenaghen, diedero alla sua teoria ondulatoria un’interpretazione probabilistica, generando una spaccatura epocale che avrebbe creato un prima e un dopo nel mondo della fisica.
Per comprendere meglio la posta in gioco, facciamo un passo indietro. La meccanica classica di Newton è una scienza rigidamente determinista: i fenomeni sono connessi tra loro da rigidi rapporti causali e qualsiasi evoluzione futura di un sistema è la conseguenza necessaria del suo stato attuale. In un mondo di questo tipo, non c’è posto per il caso. Anche un fenomeno apparentemente casuale come il lancio di un dado è regolato da ferree leggi meccaniche. Se si conoscono tutte le informazioni iniziali (l'altezza da cui viene lanciato il dado, la velocità del lancio, l'angolo d'inclinazione) è possibile prevedere con assoluta esattezza che numero uscirà. Il fatto che ricorriamo alla statistica e alla probabilità dipende semplicemente dal fatto che non sempre disponiamo di tutte queste informazioni.
I due fisici dell'università di Copenaghen Heisenberg e Bohr che formularono la teoria probabilistica
Foto: Pubblico dominio Nell’interpretazione della scuola di Copenaghen, invece, la posizione futura di un elettrone può essere determinata solo in base a una serie di probabilità, indipendentemente dalle informazioni di partenza. Anche se si conoscessero tutti i dati iniziali di un sistema quantistico, insomma, non sarebbe comunque possibile prevederne in maniera univoca l'evoluzione futura, perché tale evoluzione sembra presentare un certo grado di casualità. In questa concezione gli elettroni non vanno più pensati come oggetti del mondo quotidiano, ma come delle nubi di probabilità: è solo nel momento in cui un osservatore interagisce con loro cercando di misurarli che quella probabilità “si concretizza” in una realtà specifica.
Ed ecco che a questo punto della storia arriva il gatto.
Schrödinger e Einstein erano scettici verso quest’interpretazione che cancellava d’un colpo l’ultimo baluardo della fisica di Newton, il determinismo. Se Einstein lo espresse nel suo scambio epistolare con Bohr tramite la celebre frase «Dio non gioca ai dadi» , Schrödinger ideò un esperimento mentale per illustrare come una visione probabilistica della meccanica quantistica fornisca dei risultati paradossali se applicata al mondo macroscopico. Immaginò così un congegno che potesse fare interagire tra loro l'universo subatomico e la realtà quotidiana.
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Il paradosso del gatto In una scatola ci sono un contatore geiger che, se attivato, rompe una letale fiala di cianuro, e un gatto. E ci sono degli atomi di una sostanza radioattiva, che possono o meno decadere, attivando il contatore, e quindi uccidendo il felino. Secondo la teoria probabilistica della scuola di Copenaghen, fino a che non si effettua una misurazione che “costringe” l’atomo a “scegliere” una delle due possibilità – quella di decadere o no –, quell’atomo sarà contemporaneamente decaduto e non decaduto. Ma allora la stessa cosa dovrebbe accadere al gatto (il “sistema macroscopico”), che finché non si apre la scatola sarà contemporaneamente vivo e morto.
A questo paradosso sono state offerte negli anni varie soluzioni, e l'interpretazione probabilistica di Bohr e Heisenberg ha finito per imporsi. Lo stesso Einstein fu costretto ad ammettere che Dio ai dadi non ci gioca, ma ogni tanto fa qualche eccezione. Il modo in cui la nostra realtà quotidiana, apparentemente deterministica, si fonda su un mondo subatomico aleatorio e probabilistico, resta uno dei misteri più affascinanti che scienza e pensiero continuano a esplorare, alla ricerca di una teoria del tutto.
Il ritorno in Austria Qualche anno dopo la faccenda del gatto Schrödinger tornò in Austria, ma i tedeschi arrivarono anche lì, e con l’annessione del 1938 i problemi ricominciarono da capo. Provò inizialmente a rinnegare con una lettera la propria opposizione al regime, ma ben presto si rese conto che non ce la poteva davvero fare. Decise quindi di accettare una cattedra a Dublino e si trasferì in Irlanda. Naturalmente ebbe l’accortezza di chiedere un visto, oltre che per la moglie, anche per Hilde March, così da proseguire i suoi esperimenti di matrimonio aperto, che avrebbero presto coinvolto altre donne irlandesi, da cui nacquero per lo meno due figli.
La gestione del complesso ménage amoroso non gli impedì di dare altri importanti contributi al mondo scientifico. Uno su tutti, quello in ambito biologico raccolto nel libro del 1944, Che cos’è la vita? , dove anticipò i concetti di codice genetico che in seguito avrebbero ispirato la scoperta della struttura del DNA di Watson e Crick. Schrödinger, malato di tubercolosi, morì il 4 gennaio 1961 a Vienna, dov'era tornato nel 1956 per ricoprire una cattedra istituita dall'università appositamente per lui.
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