Lo sviluppo della meccanica quantistica

Antropologia

Lo sviluppo della meccanica quantistica

La meccanica quantistica è senza dubbio uno dei più grandi risultati della fisica del Novecento e continua a rivoluzionare la nostra comprensione del mondo. La sua storia è lunga e affascinante, nel corso della quale molti scienziati hanno posto le basi per la nostra comprensione del comportamento delle particelle subatomiche e della natura della realtà stessa.

Nel tardo XIX secolo la scienza sembrava vicina alla sua completa comprensione del mondo fisico. Gli scienziati avevano stabilito leggi universalmente valide per il movimento e la forza gravitazionale, e sembrava che tutte le domande fossero state risolte.

Ma nel XX secolo, la scoperta di fenomeni al limite della comprensione ha messo in discussione tutte le teorie precedenti. Un esempio di questo fu l'effetto fotoelettrico, scoperto da Albert Einstein nel 1905: consiste nell'emissione di elettroni da una superficie quando colpita dalla luce, il che ha confutato la teoria allora consolidata di una scienza classica basata su leggi deterministiche, e ha per la prima volta aperto gli occhi degli scienziati sulla necessità di considerare il mondo subatomico in una luce diversa.

In questo contesto storico, nel 1925, il fisico Max Born teorizzò la "meccanica quantistica". La meccanica quantistica descrive i fenomeni fisici dell'universo a livello microscopico, in particolare come le particelle subatomiche interagiscono e si comportano quando si trovano in ambienti estremamente piccoli e ad alta energia.

La meccanica quantistica si riferisce all'idea che non è sempre possibile determinare con precisione la posizione e la velocità di una particella. Questa teoria afferma che, al contrario, queste grandezze potrebbero essere "approssimativamente" misurate, utilizzando la probabilità, e che ciò che conta è la loro distribuzione statistica.

Ciò che rende la meccanica quantistica così inusuale è l'affermazione che una particella può assumere contemporaneamente più "stati", ovvero la cosiddetta sovrapposizione quantistica. Ai fisici, questa significa che una particella può agire come se avesse molteplici valori contemporaneamente, solo per collassare su uno di questi valori quando viene misurata.

La forma matematica della meccanica quantistica è stata sviluppata nel periodo tra il 1925 e il 1930, principalmente da Heisenberg, Schrödinger e Dirac, ma anche da molti altri scienziati contemporanei che hanno lavorato al problema. Questi matematici hanno creato una formulazione precisa della teoria che ha reso possibile capire come funziona e come predire il comportamento delle particelle atomiche.

Uno dei primi risultati straordinari della meccanica quantistica fu la scoperta che le particelle non possono essere definite in modo assoluto come particellari o ondulatorie, bensì con il concetto di "funzione d'onda". Questa funzione descrive la sovrapposizione quantistica possibile, e si è concretizzata in numerose interpretazioni, come l'interpretazione di Copenaghen, di Bohm e di molti altri.

Ma la meccanica quantistica non si è limitata a spiegare solo la natura delle particelle subatomiche. Ha fornito anche una visione rinnovata della nozione di informazione e del ruolo della misura in fisica. La scoperta del principio di indeterminazione di Heisenberg, per esempio, ha mostrato che la fisica non può essere distaccata dal processo di misura: ciò che si misura viene influenzato dalla misura stessa, e ciò ha portato a un'ampia discussione scientifica e filosofica sulla natura della realtà.

Inoltre, la meccanica quantistica ha portato alla scoperta di nuovi fenomeni fisici, come la superconduttività e la superfluidità, e allo sviluppo di nuove tecnologie, come il laser e il transistor.

Ma nonostante tutti questi successi, la meccanica quantistica ha portato anche numerose controversie e interrogativi. Le interpretazioni alternate della teoria continuano a creare discussione tra gli scienziati, nonché tra i filosofi della scienza, che devono confrontare l'idea di un universo indeterministico e probabilistico con la nostra visione intuitiva della realtà.

Ciononostante, il successo della meccanica quantistica nella spiegazione dei fenomeni subatomici rimane indiscutibile. La sua capacità di spiegare i fenomeni meno intuitivi della natura, come la non-località dei sistemi quantistici e la cosiddetta "entanglement" quantistica, è un'importante conferma della corretta comprensione della natura stessa.

In ogni caso, la meccanica quantistica continua ad essere un'area di ricerca attiva e stimolante, sia per la sua capacità di spiegare i fenomeni subatomici che per la sua continuo aggiornamento di nuove scoperte ed esperimenti che cercano di spiegare il mondo attraverso la lente quantistica.