La scoperta avvenuta agli inizi del XX secolo del mondo microscopico ha segnato senza alcun dubbio un prima e un dopo nell’ambito della fisica, dal momento che non è stato possibile inglobare le nuove teorie formulate da quel momento nel sistema della fisica classica. Piuttosto esse hanno finito, per costituire il nuovo ambito della meccanica quantistica.
Mentre, infatti, la fisica classica comprende le teorie sulla meccanica, la termodinamica, l’elettromagnetismo e la gravità newtoniana, quella quantistica descrive il comportamento della materia e delle radiazioni all’interno del microcosmo dell’atomo. Il punto di rottura che ha determinato il fallimento delle teorie classiche nel descrivere il comportamento degli atomi e delle particelle fu determinato dal dualismo onda-particella: mentre la meccanica classica è in grado di descrivere la luce solo come onda o particella, la nuova fisica quantistica riconosce la sorprendente e controintuitiva proprietà della materia di essere allo stesso tempo sia un fenomeno ondulatorio che un’entità particellare. Questa scoperta rivoluzionaria è stata enunciata e formulata dal principio di indeterminatezza di Heisenberg.
Avendo ravvisato i limiti del sistema di Bohr riguardo in particolare le orbite che gli elettroni compiono in esso, il fisico tedesco Heisenberg constatò che per parlare di orbita era necessario conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità degli elettroni nei singoli istanti del loro moto, le quali sono due variabili coniugate poiché il loro prodotto ha le dimensioni di un momento angolare.
In seguito a vari esperimenti Heisenberg riuscì a dimostrare che non è possibile determinare contemporaneamente e con la massima esattezza la posizione e la quantità di moto di un elettrone: se infatti si tenta di conoscere la posizione di una particella con una precisione assoluta allora l’incertezza sulla quantità di moto tenderà all’infinito e sarà quindi impossibile a quel punto avere alcuna informazione su di essa. Di conseguenza l’osservatore sarà costretto a scegliere quale misura privilegiare e scegliere gli strumenti di ricerca in base a tale scelta.
L’importanza della scoperta di Heisenberg è stata di enorme importanza storica: nella sua forma più generale di indeterminismo quantico è risultata fondamento della fisica moderna al pari del principio di relatività. Dal punto di vista concettuale il principio di indeterminazione implica che lo scienziato che compie la misura non può mai considerarsi semplice spettatore neutrale, ma egli stesso, col suo intervento produce degli effetti che non sono né calcolabili né prevedibili.
Tuttavia il contributo del fisico tedesco va anche al di là della fisica fino a toccare l’epistemologia e la filosofia della scienza, dando il colpo definitivo al determinismo meccanicista, il quale era basato sull’assunto che a uno stato fisico presente corrisponde un unico stato futuro ad esso compatibile e combinava determinismo e predicibilità, e stabilendo la non validità del principio di causalità all’interno della meccanica quantistica. Lo stesso Heisenberg era consapevole della portata della sua scoperta quando affermò:
“Anche se esistesse un corpo di leggi matematiche ‘esatte’, queste non esprimono relazioni tra oggetti esistenti nello spazio-tempo; è vero che approssimativamente si può parlare di ‘onde’ e ‘corpuscoli’, ma le due descrizioni hanno la stessa validità. Per converso, la descrizione cinematica di un fenomeno necessita dell’osservazione diretta; ma poiché osservare significa interagire, ciò preclude la validità rigorosa del principio di causalità.”
Infine, l’impossibilità di determinare in maniera esatta alcune osservabili contribuì, allo stesso modo dell’equazione di Schrodinger e dell’interpretazione di Born, all’affermarsi della fisica statistica e al probabilismo poiché nell’ambito della meccanica quantistica restava possibile fornire a priori solo un insieme di probabilità attribuibili al possibile esito di una misura.
Fonti:
www.scienzapertutti.infn.it
anche in questo articolo la tematica è trattata con competenza e padronanza. Potresti approfondirla indagando sul rapporto heisenberg ed il grande Ettore Majorana che è un fisico teorico ed anche un filosofo.