Stranezze microscopiche

Dunque, per proseguire il discorso sulla QM farò la seguente cosa: siccome rischio, al mio solito, di divagare un po’ troppo, riporto alcuni passi illuminanti contenuti nel capitolo Stranezze microscopiche del libro di Brian Greene L’Universo Elegante. Se quindi volete avere più delucidazioni sulla cosa vi consiglio di darvi una bella letta (non solo) al capitolo (ma anche al libro intero) in questione.

«La sola cosa che è certa è che la meccanica quantistica ci mostra senza ombra di dubbio che alcuni concetti basilari nel mondo macroscopico perdono ogni significato a livello atomico e subatomico.»
«Planck aveva compiuto un passo fondamentale. Ciò che convinse gli scienziati della bontà della sua teoria fu il fatto che questa era in straordinario accordo con i dati sperimentali. Bastava regolare un parametro della sua nuova equazione […]; si trattava del fattore di proporzionalità tra la frequenza di un’onda e il suo pacchetto minimo di energia. Planck ne calcolò il valore – oggi noto come costante di Planck – e scoprì che era minuscolo: […] implica che i pacchetti minimi d’energia sono altrettanto piccoli.»
«Planck non sapeva come giustificare la sua parcellizzazione dell’energia [ecco Filippo! NdA.]. […] Nel 1905 Einstein scoprì la chiave del mistero, e per questo fu insignito del premio Nobel nel 1921.»
«La sua idea arrivava da un’altra parte, in particolare dai suoi studi sul fenomeno noto come effetto fotoelettrico. [Quando la radiazione elettromagnetica colpisce alcuni metalli, questi emettono elettroni. NdA.] […] Studiando i dati sperimentali, Einstein ipotizzò che l’idea di Planck dei “pacchetti” fosse applicabile anche alla luce. Secondo la sua teoria, un raggio luminoso deve essere pensato come un fascio di particelle […]. Un elettrone fugge dalla superficie metallica se viene colpito da un fotone abbastanza carico di energia. […] La frequenza della luce, cioè il suo colore, determina la velocità degli elettroni emessi, mentre l’intensità luminosa ne regola il numero.»
«La luce ha proprietà sia corpuscolari sia ondulatorie. Nel mondo microscopico dobbiamo abbandonare il buon senso, che ci dice che un oggetto è un’onda oppure una particella, e contemplare la possibilità che sia entrambe le cose.»
«Nel 1923 un giovane francese di nobili origini, Louis de Broglie, gettò nella mischia quantistica una nuova idea […]. De Broglie ipotizzò che la dualità onda-particella non si dovesse applicare solo alla luce, ma anche alla materia. Il ragionamento era più o meno questo: la relatività ristretta aveva collegato la massa all’energia con la formula E = mc^2, mentre Planck ed Einstein avevano messo in relazione l’energia con la frequenza delle onde; combinando le due cose, si può pensare che anche la massa abbia una “incarnazione” ondulatoria. […] Così come la luce è un fenomeno ondulatorio che può essere descritto in modo ugualmente valido da una teoria particellare, un elettrone che è comunemente inteso come un particella potrebbe avere specularmente una descrizione altrettanto valida in termini di onde.»
«[Studiando i risultati dell’esperimento di Davisson e Germer, siamo portati a concludere che] ogni elettrone ha in sé una caratteristica ondulatoria, insieme con la consueta descrizione particellare.»
«Qui ci siamo concentrati sugli elettroni, ma esperimenti analoghi mostrano che tutta la materia si comporta a questo modo. […] Poiché la costante [di Planck] è minuscola, lo sono anche le lunghezze d’onda risultanti, se viste alla scala della nostra esperienza quotidiana; ecco perché la dualità si mostra solo con complesse investigazione del mondo microscopico.»
«Ma di cosa sono fatte queste onde? Erwin Schrödinger avanzò l’ipotesi che le onde fossero elettroni “spalmati”. […] Nel 1926 Max Born propose un’idea molto più raffinata di quella di Schrödinger […]. Ecco cosa dice: l’onda di un elettrone deve essere interpretata in termini probabilistici. La probabilità di trovare un elettrone in un certo posto dipende dall’ampiezza dell’onda associata.»
«La particella non è “spalmata” qua e là, ma esistono molti posti dove essa si potrebbe trovare con probabilità non nulla.»
«Pochi mesi dopo de Broglie, Schrödinger fece un passo decisivo in questa direzione trovando l’equazione che governa la forma e il comportamento delle onde di probabilità, o funzioni d’onda, come furono battezzate. […] L’universo della QM è sempre governato ad rigorosi formalismi matematici, che però ci possono dire solo la probabilità con cui un evento futuro potrà accadere, non quale sarà il futuro.»