LE DIATRIBE DELLA FISICA QUANTISTICA

In genere e' invalso l'assioma di  considerare l'essenza della fisica quantistica nella Scuola di Copenaghen di Niels Bohr con la celeberrima "interpretazione" giustappunto di tutti i fenomeni quantistici  fondata sul Principio di Indeterminazione  di Werner Heisenberg, ovvero quell'altrettanto celeberrimo principio che sostiene che e' impossibile  determinare contemporaneamente  la posizione e la quantita' di moto  di una particella.  Lo stesso principio ci avverte anche che non è possibile misurare contemporaneamente e con estrema esattezza le proprietà che definiscono lo stato di una particella elementare. Se ad esempio potessimo determinare con precisione assoluta la posizione, ci troveremmo ad avere massima incertezza sulla sua velocità.

Questo concetto si può esemplificare pensando a come, in linea di principio, si potrebbe misurare la posizione di una particella così piccola da sfuggire dall'osservazione ad occhio nudo. Utilizzando un microscopio, sempre più potente, si può pensare di individuarne la posizione con sempre maggiore precisione. Tuttavia, così facendo, noi dobbiamo illuminare la particella con un fascio di luce, ad esempio, e, così facendo, dato che la luce porta energia ed impulso, la nostra particella riceverebbe una piccola spinta che cambierebbe il suo stato di moto. E più si illumina la particella con potenti microscopi, più le si da energia, più si cambia il suo momento, cioè la sua velocità, e meno possiamo determinare la sua velocità di partenza. In altre parole le due misure, della posizione e dell' impulso (massa moltiplicata per la velocità) comportano un'indeterminazione complessiva. Il principio di indeterminazione da un punto di vista concettuale significa che l'osservatore, cioè lo scienziato che fa la misura, non può mai essere considerato un semplice spettatore, ma che il suo intervento, nel misurare le cose, produce degli effetti non calcolabili, e dunque un'indeterminazione che non si può eliminare. Se indichiamo con ∆x e con ∆p rispettivamente le indeterminazioni nella posizione e nella quantità di moto di un corpo materiale, Heisenberg, partendo dallo studio della natura ondulatoria di tutte le particelle, arrivò alla conclusione seguente: ∆x * ∆p ≈ h/2π , dove h è la costante di Planck e ha un valore fisso. In parole semplici, più è piccolo il ∆x (cioè più la misura di x, o posizione, è accurata), tanto più il ∆p è grande (cioè la misura della quantità di moto è imprecisa). Questo principio vale per tutti i corpi, sia macroscopici sia microscopici, però per gli oggetti che ci circondano (macroscopici) ha delle conseguenze pratiche quasi inesistenti, perché la costante di Planck è molto piccola e le indeterminazioni ∆x e ∆p sono trascurabili rispetto agli errori di misura, comunque sempre presenti. Esiste anche una seconda formulazione del principio di indeterminazione di Heisenberg; in questo caso parliamo di indeterminazione sul tempo e sulla misura dell’energia: ∆t * ∆E ≈ h/2π. Questo vuol dire che se su un sistema si esegue una misura di energia, la precisione con la quale è possibile fornire il risultato è determinata dalla durata della misurazione: più la misura è breve e più impreciso sarà il valore trovato dell’energia. Al contrario, se si vuole conoscere quello che succede in un intervallo di tempo molto piccolo, il comportamento quantistico dei sistemi impone che si debbano utilizzare energie elevate. Siamo quindi in grado di affrontare la funzione d'onda In un’onda elettromagnetica difatti vibrano il campo elettrico e il campo magnetico. Cosa vibra in un’onda di materia? La fisica quantistica dice che quello che vibra in un’onda di materia è una grandezza che non può avere un’interpretazione classica, ed è chiamata con il termine ampiezza di probabilità o funzione d’onda. Introducendo l’ampiezza di probabilità la fisica quantistica da' quindi il senso della Interpretazione di Copenaghen e quindi spiega il principio di indeterminazione di Heisenberg. L’indeterminazione sulla posizione della particella (∆x) è di solito diversa da zero, cioè non si sa dove si trova la particella all’interno di una regione di spazio che ha le dimensioni di ∆x. È quindi necessario ritenere che la particella sia diffusa in questa zona di spazio. Ci si trova quindi di fronte a una nuova forma di descrizione dei fenomeni meccanici. Con le leggi della meccanica si può calcolare esattamente la posizione occupata dal corpo in ogni momento, purchè si conoscano posizione e velocità iniziali del corpo, massa e forze che agiscono su di esso. In fisica quantistica questo non è possibile, perché possiamo solo calcolare l’ampiezza di probabilità e quindi la probabilità che il corpuscolo si trovi ad un certo istante in una certa posizione.  Il punto e' che il Principio di indeterminazione  non si limita alla coppia "posizione-velocita" , ma si applica a tutte le coppie di grandezze  complementari osservabili, come ad esempio "tempo-energia": possiamo dire che su tutto si applica  la regola della probabilita' che fa  il paio con la casualità, ovvero la stragrande maggioranza delle cose  non possono essere osservate  o conosciute con precisione. E' la cosidetta visione ortodossa della Fisica Quantistica e  perlomeno dal 1927 quando il principio fu enunciato, rappresenta il grosso di tutta la comunita' scientifica internazionale. Il grosso, ma non tutta,   ci sono difatti stati alcuni fisici di portata davvero immensa che dell'interpretazione di Copenaghen non ne hanno mai tenuto conto, ed in primis il piu' famoso di tutti Albert Einstein, cui fa immediatamente seguito uno dei piu' geniali, quasi altrettanto famoso,  sopratutto per il suo famoso "gatto" sto parlando di Erwin Schrodinger;  anche De Broglie, Plank, Von Laue, Dirac  e in parte Pauli   e persino Feynman, sono andati sostenendo altri filoni. A cominciare col disaccordo fu proprio Einstein  che in quello stesso anno della "interpretazione" il 1927,  gridò a Bohr la famosa frase "Dio non gioca a dadi  con l'universo" per esprimere il suo disaccordo con quel concetto di casualita' cui si basava appunto il principio di indeterminazione e quindi la Interpretazione di Copenaghen , per lui era difatti inaccettabile  che le leggi di natura avessero a che fare con il caso , e Schrodinger rincarava la dose ritenendo che la probabilita'  fosse solo una sorta di stratagemma della scienza per non ammettere la propria ignoranza  e assoluta disconoscenza dei fenomeni naturali. Comunque sia, Einstein assieme ad altri due fisici Boris Podolsky e Nathan Rosen  escogito' un esperimento  proprio per dimostrare l'incompletezza  della interpretazione di Copenaghen che prese il nome di "paradosso EPR" dalle  rispettive iniziali dei  cognomi dei tre fisici, e divenne noto come "entanglement" quantistico .

Tale paradosso innanzi tutto viola il principio di localita'  per cui due oggetti distanti fra loro non possono  avere alcuna influenza reciproca . L'entaglement non fece altro che dare ulteriore forza  alla equazione d'onda che Schrodinger aveva elaborato nel 1925/26  e che poteva appunto applicarsi  alla evoluzione temporale  dello stato di qualsiasi  sistema, sia esso una particella, un flusso,  un'onda, un atomo, un elettrone, una molecola. 

L'equazione d'onda cui diede il simbolo della lettera  greca  ψ per la cui elaborazione Schrodinger  era partito dall'ipotesi dell'onda di materia di un altro grande fisico Louis De Broglie,  era una equazione differenziale  alle derivate parziali, lineare, complessa e non relativistica che aveva giustappunto come incognita la funzione d'onda, e che aveva il proposito di abbandonare ogni tentativo di misurazione degli elettroni con le leggi della

meccanica classica e adottare una interpretazione probabilista  tramite la fisica quantistica-, calcolando le onde di probabilita', ovvero le orbite intorno al nucleo ove l'elettrone si trova ad orbitare con maggiore probabilita' L'insieme di queste onde di probabilità individua una regione dello spazio  atomico, detta orbitale atomico, nella quale “probabilmente” si muovono gli elettroni. c'e' da dire che con l'entanglement e la equazione di Schrodinger sussiste la concreta possibilita' di porre fine alla concezione ottocentesca di certezza in fisica . Difatti con essa non e' piu' possibile  conoscere esattamente  l'orbita delle particelle, ma solo immaginare in quali regioni dello spazio atomico potrebbe trovarsi . Un ragionamento che sara' ripreso da Feynman nel 1948 col suo "integrale sui cammini"  e ancora da altri grandi fisici come Hakwing e Pensrose