La scoperta dell'universo by Charles Seife

autore:Charles Seife [Seife, Charles]
La lingua: ita
Format: epub
editore: Bollati Boringhieri
pubblicato: 2011-03-01T23:00:00+00:00

La teoria di Einstein portò alla ribalta l’ipotesi quantistica di Planck; nei trent’anni che seguirono, i migliori fisici europei svilupparono una teoria che riuscì a spiegare magnificamente il comportamento del mondo subatomico. Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Niels Bohr, Max Born, Paul Dirac, Albert Einstein e altri ancora formularono un insieme di equazioni che spiegavano con precisione stupefacente il comportamento della luce, degli elettroni, degli atomi e di altri oggetti microscopici.56 Sfortunatamente, nonostante l’insieme delle equazioni – la teoria quantistica – sembrasse dare sempre le risposte giuste, alcune loro conseguenze apparivano in contraddizione con il senso comune.

I dettami della teoria quantistica, a prima vista, sono ridicoli. Le proprietà bizzarre e apparentemente contraddittorie della luce ne sono un esempio tipico. In realtà sono una conseguenza matematica diretta della teoria dei quanti. In determinate condizioni la luce si comporta come una particella, In altre come un’onda; la luce possiede entrambe le caratteristiche, eppure non è una particella, e neanche un’onda.

La luce non è l’unica ad avere un comportamento del genere. Nel 1924, il fisico francese Louis de Broglie suggerì che anche la materia subatomica – le particelle come gli elettroni – dovesse presentare proprietà ondulatorie. Per gli sperimentatori era ovvio che gli elettroni fossero delle particelle e non delle onde; qualunque osservatore, anche solo minimamente competente, era in grado di vedere le sottili scie di vapore acqueo lasciate dagli elettroni nell’attraversare una camera a nebbia da un’estremità all’altra. Quelle scie erano chiaramente le tracce di piccoli oggetti materiali: particelle, appunto, e non onde. La teoria dei quanti, però, si fa gioco del senso comune.

Sebbene nel caso degli elettroni l’effetto sia molto più difficile da individuare che con la luce, gli elettroni presentano, oltre al comportamento corpuscolare che ben conosciamo, anche un comportamento ondulatorio. Nel 1927, alcuni fisici inglesi diressero un fascio di elettroni su un cristallo di nickel. Nel rimbalzare sugli atomi disposti a distanze regolari e nell’attraversare gli spazi vuoti di un reticolo cristallino, gli elettroni si comportano proprio come se stessero passando attraverso le fenditure dell’esperimento di Young. Gli elettroni interferiscono realmente gli uni con gli altri, e danno origine a una figura di interferenza. Anche se fate in modo che il reticolo cristallino venga colpito da un solo elettrone alla volta, la figura di interferenza rimane; le frange, quindi, non possono essere causate dagli elettroni che rimbalzano l’uno sull’altro. Un comportamento del genere non è consistente con quel che ci si aspetterebbe da una particella; la figura di interferenza è un segno inconfondibile della presenza di un’onda continua piuttosto che di una particella solida, discreta. In qualche modo, gli elettroni si comportano, analogamente alla luce, in entrambi i modi, come onde e come particelle, e ciò nonostante le proprietà delle onde e delle particelle si contraddicano a vicenda.

L’ambivalenza onda-particella vale per gli atomi e perfino per le molecole nello stesso modo in cui vale per gli elettroni e per la luce. Gli oggetti quantistici possono comportarsi sia da onde che da particelle ; possono manifestare proprietà ondulatorie e corpuscolari. Allo stesso tempo, hanno proprietà inconsistenti con la natura ondulatoria e con quella corpuscolare.

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