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Fisica, Scienza, Storia della scienza

La fisica quantistica – parte 1 – Introduzione


Collisione subatomica fisica quantistica nucleare cernQuelli che non sono rimasti scioccati quando si sono imbattuti per la prima volta nella teoria quantistica non possono averla capita. Niels Bohr

Alla fine dell’Ottocento, si pensava di aver compreso i principi fondamentali della Natura. Gli atomi erano considerati i “mattoncini” con cui era costruito il mondo, le leggi di gravitazione universale di Newton spiegavano il moto dei pianeti e di tutti gli altri corpi, l’Universo intero sembrava funzionare come un gigantesco orologio. Ma, nei primi decenni del Novecento, uno studio più approfondito dell’atomo e dei suoi componenti ha dato origine alla Teoria dei Quanti la quale – facendo perdere gran parte delle certezze su cui si basava la fisica classica – ha gradualmente fatto comprendere che la conoscenza della realtà era ben lontana dall’essere completa.

Ecco tre postulati della fisica quantistica:

1) Sia la luce, sia le particelle che costituiscono gli atomi e cioè gli elementi fondamentali che compongono la materia (quindi noi stessi e la realtà a noi manifesta) sono costituite da minuscoli concentrati di energia detti quanti, che hanno una duplice natura: ondulatoria e corpuscolare.

Precisamente a livello subatomico la materia presenta le caratteristiche tipiche delle onde e solo all’atto dell’osservazione assume un comportamento corpuscolare.

Ad intuire la duplice natura, corpuscolare ed ondulatoria della materia fu il matematico e fisico Louis De Broglie (1892-1987) che ottenne il premio Nobel nel 1929.

Le proprietà delle vibrazioni dell’onda quantistica furono descritte matematicamente dalla “equazione d’onda” di Erwin Schrödinger, matematico e fisico austriaco (1987-1962) che per tale scoperta nel 1933 fu insignito del premio Nobel.

2) Non è possibile conoscere simultaneamente la velocità e la posizione di una particella quantistica, poiché quanto maggiore è l’accuratezza nel determinarne la posizione tanto minore è la precisione con la quale si può accertarne la velocità e viceversa .

La suddetta proprietà è conosciuta come “principio d’indeterminazione” di Heisenberg (1901–1976) fisico tedesco, premio Nobel nel 1932.

L’indeterminazione non dipende dai limiti dei nostri strumenti, che comportano necessariamente una interazione più o meno grande con l’oggetto da sottoporre a misurazione, bensì rappresenta una caratteristica intrinseca della materia.

3) Se due particelle si fanno interagire per un certo periodo e quindi vengono separate, quando si sollecita una delle due in modo da modificarne lo stato, istantaneamente si manifesta sulla seconda una analoga sollecitazione a qualunque distanza si trovi rispetto alla prima. Tale fenomeno è detto “fenomeno dell’entanglement”.

Il fenomeno dell’entanglement e il conseguente paradosso EPR (che prende il nome dagli scienziati Einstein, Podolsky, Rosen) viola il «principio di località» per il quale ciò che accade in un luogo non può influire immediatamente su ciò che accade in un altro.


Albert Einstein, pur avendo dato importanti contributi alla teoria quantistica, non accettò mai che una particella potesse influenzarne un’altra istantaneamente e pertanto cercò a lungo di dimostrare che la violazione della località fosse solo apparente, ma i suoi tentativi furono di volta in volta ribattuti dai suoi oppositori.

Nel 1982 il fisico Alain Aspect, con una serie di sofisticati esperimenti dimostrò l’esistenza dell’entanglement e quindi l’inconsistenza della posizione di Einstein. Infine nell’Ottobre del 1998 il fenomeno dell’entanglement è stato definitivamente confermato dalla riuscita di un esperimento sul teletrasporto effettuato dall’Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, in California.

Altre sorprendenti scoperte vengono raccolte da laboratori di fisica in tutto il mondo, primo fra tutti il CERN (Concil Européenne pour la Recherche Nucléaire) di Ginevra, il più all’avanguardia nello studio delle particelle e delle proprietà della materia, anche grazie alla recente messa a punto dell’LHC (Large Hadron Collider), il più grande accelleratore di particelle del mondo.

La fisica quantistica è ormai alla base di tutta la Scienza. Oggi, infatti, le proprietà dei quanti non solo spiegano il mondo atomico e subatomico ma altresì decifrano numerosi aspetti relativi all’astrofisica e alla cosmologia e recentemente interpretano anche molteplici fenomeni inerenti la biofisica, la genetica e le neuroscienze.

Nonostante ciò, malgrado il nostro mondo quotidiano è quasi totalmente permeato dalle applicazioni della quantistica (transistor, lettori CD; laser, risonanza magnetica, microsonde chirurgiche…) e malgrado gli sviluppi concettuali di questa teoria siano tra i più innovativi degli ultimi 100 anni, la maggior parte degli italiani non sa quasi nulla di questa disciplina ed il suo insegnamento è praticamente ignorato dai programmi scolastici.

Questo apparente disinteresse nei confronti della Fisica Quantistica sembra sia dovuto non tanto alla difficoltà delle sue regole (che in verità per essere ben comprese richiederebbero una buona conoscenza della matematica) ma piuttosto alle sue implicazioni ideologiche così destabilizzanti da scardinare le fondamenta su cui poggiano tutti i concetti scientifici, filosofici ed etico-religiosi del nostro sapere.

Informazioni su Eugenio

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Discussione

Un pensiero su “La fisica quantistica – parte 1 – Introduzione

  1. Mi sono sentita molto gratificata nel vedere fedelmente riportata in questo blog la mia introduzione alla Fisica Quantistica (vuol dire che è piaciuta). Sarei stata ancora più contenta se avessi visto segnalata la fonte da cui è stata tratta e cioè il mio sito http://www.quantistica.altervista.org , pubblicato sul web nel marzo 2010.
    Concetta Sciumbata

    Pubblicato da Concetta Sciumbata | 2 marzo 2011, 21:44

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