Schrödinger's unpublished hidden-variable model in the 1944-45 debate over the "Collapse of Determinism"

Per la maggior parte della storia umana, l'universo è stato immaginato come un gigantesco e perfetto meccanismo ad orologeria. Se avessi conosciuto la posizione esatta e la velocità di ogni ingranaggio e molla, avresti potuto prevedere il futuro con assoluta certezza. Questa idea, nota come determinismo, suggeriva che la casualità fosse solo il segno che mancava semplicemente abbastanza informazione. Se fossimo stati in grado di vedere ogni minimo dettaglio di un lancio di moneta — la forza del pollice, la resistenza dell'aria, la rotazione — avremmo saputo esattamente se sarebbe atterrata testa o croce. La moneta stessa starebbe seguendo una regola rigorosa e infrangibile.

Questa visione confortevole della realtà fu infranta all'inizio del ventesimo secolo dalla scoperta della meccanica quantistica, la fisica del mondo infinitesimale. In questo nuovo e strano mondo, la natura sembrava operare sul puro caso. Quando uno scienziato misura una particella, la teoria predice solo le probabilità di diversi esiti, non il risultato stesso. Per decenni, molti fisici hanno creduto che questa casualità fosse fondamentale, il che significava che l'universo non era un meccanismo ad orologeria, ma un luogo dove gli eventi accadono davvero senza una causa. Tuttavia, alcuni pensatori si chiesero se questa casualità fosse proprio come il lancio della moneta: un segno che la teoria fosse incompleta e che fattori nascosti e invisibili stessero in realtà guidando le particelle. Un famoso matematico affermò un tempo di aver dimostrato che tali fattori nascosti erano impossibili, mettendo a tacere il dibattito per un certo periodo. Ma a metà degli anni '40, la questione tornò improvvisamente a ruggire, portando a un capitolo dimenticato nella storia della scienza dove uno dei fondatori del campo aveva silenziosamente dimostrato che la porta al determinismo non era mai stata veramente chiusa.

Nella metà degli anni '40, un vivace dibattito esplose sulle pagine della rivista scientifica Nature. Due eminenti relatori avevano recentemente sostenuto che la meccanica quantistica avesse finalmente smentito la vecchia idea di un universo prevedibile. Affermavano che il comportamento strano della luce e degli atomi non potesse essere spiegato da alcuna regola nascosta o variabile segreta. Uno di questi relatori, un fisico britannico di nome Edmund Taylor Whittaker, propose una sfida specifica. Egli argomentò che se si cercasse di spiegare perché la luce passi attraverso un filtro ad angoli determinati usando variabili nascoste, la matematica semplicemente non funzionerebbe. Suggerì che una particella non potesse trasportare abbastanza informazioni per decidere il proprio destino in ogni possibile situazione. Questo argomento, che si basava su una semplice logica sul comportamento della luce, convinse molti che la ricerca di una spiegazione deterministica nascosta fosse finita.

Entra in scena Erwin Schrödinger, uno dei padri fondatori della meccanica quantistica. Mentre il dibattito pubblico infuriava, Schrödinger lavorava silenziosamente a una risposta. Redasse un manoscritto autografo, rimasto inedito e sconosciuto fino ad ora, nel quale affrontava direttamente la sfida di Whittaker. In questo documento, Schrödinger fece qualcosa di straordinario: costruì un modello funzionante che mostrava come le variabili nascoste fossero effettivamente possibili. Dimostrò che, se si immagina un fotone che trasporta un flusso continuo di informazioni nascoste, piuttosto che un semplice interruttore on/off, si può riprodurre perfettamente i bizzarri schemi statistici della meccanica quantistica. Dimostrò che l'argomento contro le variabili nascoste era fallace perché assumeva che l'informazione nascosta fosse troppo semplice per gestire la complessità dell'esperimento.

Il modello di Schrödinger era una costruzione astuta. Immaginò che ogni fotone trasportasse un numero nascosto, come un codice segreto, che determinava se dovesse passare attraverso un filtro o essere bloccato. Fondamentalmente, questo numero non era una semplice scelta binaria, ma un valore che poteva cambiare fluidamente. Quando un fotone passava attraverso un filtro, Schrödinger mostrò che questo numero nascosto si aggiornava in un modo specifico e basato su regole, assicurando che la volta successiva in cui il fotone incontrava un filtro, si comporterebbe esattamente come previsto dalla meccanica quantistica. Facendo ciò, provò che si poteva spiegare il comportamento "casuale" della luce utilizzando regole deterministiche rigorose. L'apparente casualità non era una caratteristica dell'universo stesso, ma il risultato della nostra incapacità di vedere questi numeri nascosti.

Tuttavia, la parte più sorprendente della scoperta di Schrödinger non è il modello in sé, ma ciò che significava per le sue stesse convinzioni. Si potrebbe presumere che, costruendo un modello deterministico, Schrödinger stesse cercando di salvare l'idea di un universo a orologeria. Il documento rivela che questo non era affatto il caso. Schrödinger era da tempo un critico del determinismo, credendo che la natura fosse fondamentalmente statistica e imprevedibile. Vedeva il suo nuovo modello non come una confessione di fede in un universo prevedibile, ma come una "prova di principio". Stava essenzialmente dicendo ai suoi critici: "Voi sostenete che sia logicamente impossibile spiegare la meccanica quantistica con variabili nascoste. Io vi ho appena dimostrato che è possibile. Pertanto, la vostra affermazione di impossibilità è errata". Non stava sostenendo che l'universo sia deterministico, ma solo che potrebbe esserlo, e che nessuna prova matematica aveva con successo escluso tale possibilità.

Il manoscritto evidenzia anche una lezione più ampia su come la scienza gestisce le idee di impossibilità. Schrödinger osservò che anche gli argomenti matematici più rigorosi, come quello che aveva messo a tacere il dibattito per un decennio, potevano essere limitati dal modo in cui il problema veniva inquadrato. Egli sostenne che l'evidenza sperimentale e la logica non avrebbero mai potuto provare definitivamente che una visione deterministica fosse impossibile; potevano solo mostrare che era scomoda o che richiedeva ipotesi supplementari. Il suo lavoro servì da promemoria del fatto che, nella scienza, dichiarare qualcosa impossibile è un traguardo molto alto da raggiungere.

Questo dibattito dimenticato svanì infine, in parte perché Schrödinger non pubblicò mai le sue scoperte. Potrebbe aver realizzato che un altro fisico aveva già pubblicato una soluzione simile, seppur meno dettagliata, o forse sentì che il suo punto filosofico era stato espresso senza la necessità di una pubblicazione formale. Ci vollero diversi anni e il lavoro di altri scienziati prima che l'idea delle variabili nascoste tornasse con forza nel mainstream. Oggi sappiamo che, sebbene le variabili nascoste locali non possano spiegare tutti i fenomeni quantistici, la storia del manoscritto di Schrödinger del 1944–45 rimane un affascinante sguardo su un momento in cui i giganti della fisica stavano ancora lottando con la vera natura della realtà. Dimostra che anche le menti più scettiche erano disposte a testare i confini di ciò che era ritenuto impossibile, non per cambiare le proprie opinioni, ma per assicurarsi che le regole del gioco fossero veramente comprese.