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BUON COMPLEANNO DYCK! – di Nicolò Badodi

Quale migliore occasione per scrivere un articolo sulla meccanica quantistica (MQ) se non in contemporanea, o al limite un po’ in ritardo (ma mi perdonerete spero), rispetto al compleanno di uno dei fisici più conosciuti al mondo, Richard P. Feynman!

Auguri Dyck!

Lo scopo di questo articolo tuttavia non è parlare di Dyck (questo era il suo soprannome), mi è stato infatti chiesto di raccontare un po’ di MQ. Bisogna sottolineare che questo soggetto è estremamente complesso e spesso noioso, cercherò dunque di alleggerirlo il più possibile!

Partiamo dunque da una delle celebri frasi del nostro caro fisico americano:

“Penso di poter affermare che nessuno capisce la Meccanica Quantistica”

 

Ma come? Una delle teorie di cui si parla di più, osannata da tutti, come è possibile che nessuno la capisca davvero?

Feynman non era uno stupido, anzi, è forse stato uno degli uomini più geniali del suo tempo, e non si sbagliava molto quando faceva queste affermazioni. Ora, che nessuno capisca la MQ è un po’ azzardato, ma che nessuno la comprenda appieno, in tutte le sue sfaccettature, su questo ha completamente ragione.

La MQ infatti è “weird”, strana, estremamente controintuitiva. E’ nata dalla necessità di spiegare fenomeni incomprensibili, tra lo scetticismo generale della comunità scientifica, eppure tutte le prove sperimentali l’hanno confermata.

Cosa vuol dire “quantistica”, perché meccanica?

La MQ è una naturale estensione della Meccanica Classica, ossia lo studio del moto e del comportamento di corpi sotto l’azione di forze. La teoria classica, non fraintendetemi, è una teoria esatta, perfettamente funzionante, ma ha, come tutte le teorie, dei limiti di applicabilità, e questi limiti emergono in maniera prepotente quando si va a trattare di fenomeni che coinvolgono l’estremamente piccolo, come ad esempio atomi, elettroni, nuclei atomici, ecc.

La differenza tra la Meccanica Classica e Quantistica sta nella domanda “Dov’è?”. Dove si trova un corpo in un certo istante di tempo?Nico 1

Se prendiamo una pallina da tennis e la lanciamo all’interno di una stanza, conoscendo la sua posizione e velocità nel primissimo istante del moto abbiamo leggi che ci dicono con precisione assoluta dove la pallina si andrà a trovare dopo magari cinque secondi, o dieci, e così via. Quindi se noi lanciamo la pallina, sappiamo come si muoverà, e senza bisogno di guardare potremmo mettere la mano nel posto giusto e chiuderla nel momento giusto e voilà! La pallina è proprio lì, e noi l’abbiamo afferrata! Non importa quanto sarà difficile fare questo calcolo, sappiamo che è POSSIBILE!Nico 2

Prendiamo invece ora una particella, può essere un atomo,un elettrone, quello che volete basta che sia piccolo. Il buon De Broille ci dice una cosa che è estremamente controintuitiva, ossia che quella dannata particella non si comporta come la pallina, bella ferma, ben definita nello spazio, ma si comporta come una ONDA! Come una onda del mare, ha senso definirne una posizione? Ovviamente no.

Se ora immaginiamo di mettere la nostra particella in una scatola e di “lanciarla” possiamo fare quello che facevamo con la pallina, ossia fare i conti e sapere con certezza assoluta dove si troverà dopo un certo tempo? NO. NON POSSIAMO!g2NKe9VeRUUX41bVCAe7WVDH-01Nico 3

Proprio per la natura ondulatoria della particella essa è descritta dall’equazione d’onda di Schrodinger, che anche sapendo posizione e velocità iniziali della particella ci può dire, una volta risolta, soltanto la probabilità che la particella si trovi in un certo punto in un certo momento.

Possiamo “immaginare” questo fenomeno nel seguente modo:la particella non è in un posto ben definito, ma è spalmata ovunque ci sia la sua funzione d’onda. Così ad esempio un elettrone che orbita un nucleo non si muove come fa ad esempio un pianeta attorno al sole, ma è spalmato ovunque attorno ad esso.

 

nico 4nico5Ora uno potrebbe pensare: ma queste sono tutte cavolate, come è possibile che non si riesca a conoscere con certezza la posizione di un oggetto?

Eppure, grazie a questa sola ipotesi, esposta in modo estremamente esemplificativo, è già possibile spiegare come mai un elettrone non collassa sul suo nucleo, e in definitiva come mai l’universo come lo conosciamo esiste!

 

NOTE: la MQ richiede un mare di matematica e di formule per essere compresa e spiegata in modo soddisfacente. Lo scopo dell’articolo è quello di dare uno spunto di riflessione e insinuare della curiosità riguardo all’argomento nel lettore. Se si è interessati alla meccanica quantistica consiglio come lettura successiva il libro “Fondamenti di Fisica Atomica e Quantistica” di Franco Ciccacci (mio professore dell’omonimo corso al Politecnico di Milano) come testo introduttivo di livello universitario, “Meccanica Quantistica” di A. S. Davydov come testo di livello avanzato. Entrambi i testi richiedono conoscenze di matematica pari almeno ad un corso di analisi 2.

I disegni a mano libera sono una scelta personale.

“Questo video è un piccolo contributo da parte della redazione, è stato registrato ad una conferenza TED e riguarda le sfide che la fisica si trova oggi ad affrontare.

Anche se non siete ferrati con l’inglese non è un problema: basta cliccare l’icona a forma di ingranaggio: ‘Impostazioni>Sottotitoli>Traduzione automatica e selezionare Italiano’.

Buona visione.”

 

Author: brenso

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