domenica 25 ottobre 2009

Cos'è la meccanica quantistica?


Sono un studente del terzo liceo scientifico. Un mio amico mi ha parlato di un esperimento, fatto nel 2007 alle isole Canarie, di trasporto di dati in assenza di onde radio. Sembra che dei DATI siano stati spostati per chilometri attraverso i campi quantici. Un qualcosa di simile al teletrasporto che si vede nella serie Televisiva Star Trek. Ho, quindi, cercato di verificare se mi aveva preso in giro ed ho fatto delle ricerche su internet. A quanto ho capito, non solo è vero, ma sembra che la “meccanica quantistica” stia capovolgendo molte asserzioni fisiche e di conseguenza anche filosofiche. Ora sembra che anche i computer del futuro utilizzeranno, per essere velocissimi, questa funzione che si chiama “Non localismo”. Non mi spiego come mai non lo avevo mai sentito prima e nessuno ne parla frequentemente. Grazie.
Arturo

Caro Arturo,
hai perfettamente ragione. Purtroppo la meccanica quantistica è una scienza così ostica, basata su formule matematiche molto complesse, che non è semplice da spiegare. Tra tutti gli autori e divulgatori che conosco, ti consiglio di leggere qualcosa di Tiziano cantalupi, che ha il pregio di essere più comprensibile rispetto ad altri. Vedi http://web.archive.org/web/20071103180127/http://www.geocities.com/capecanaveral/hangar/6929/Mqfull.html, di cui riporto qui la parte iniziale del contenuto del link:


"LA TEORIA QUANTISTICA : UNA RIVOLUZIONE SCIENTIFICA E FILOSOFICA PASSATA SOTTO SILENZIO di Tiziano Cantalupi

Le grandi rivoluzioni della scienza sono spesso seguite da sconvolgimenti in campo filosofico e sociale. Le tesi di Copernico, ad esempio, il quale sostenne che la Terra non occupava il centro dell’universo, innescarono un processo di sgretolamento di dogmi religiosi e filosofici che cambiarono profondamente la società europea degli inizi del Rinascimento. La teoria evoluzionistica di Darwin (secoli dopo), con la distruzione della credenza in uno stato biologico speciale degli esseri umani, produsse effetti simili. Le teorie di Einstein infine, con l’affermazione che "tutto è relativo", diedero una spallata definitiva ad un certo modo, "assolutistico", di intendere la scienza e la vita. Con questi presupposti, desta notevole stupore che la più grande rivoluzione scientifica di tutti i tempi sia passata per lo più inosservata agli occhi del grosso pubblico. E questo non già perché le sue implicazioni abbiano scarso interesse, ma perché queste implicazioni sono talmente sconvolgenti da risultare quasi incredibili persino per gli stessi scienziati che le concepirono. La rivoluzione di cui si sta parlando si è consumata, nella sua fase più "cruenta", durante i primi trenta anni del ventesimo secolo ed è conosciuta col nome di Teoria Quantistica o Meccanica Quantistica.

Nata come tentativo di spiegare la fisica delle particelle elementari, la Teoria Quantistica in seguito crebbe sino ad incorporare gran parte della microfisica e parte della macrofisica. Oggi fra alterne vicende può dirsi (nella sua versione ortodossa) universalmente accettata.

Sebbene attualmente nessuno dubiti della sua efficacia pratica ci sono ancora ampie schiere di studiosi che ne mettono in discussione le conseguenze, specie quando queste conseguenze vengono estese alla natura della realtà.

Fondamenti della meccanica quantistica :

- Non esiste una realtà obiettiva della materia, ma solo una realtà di volta in volta creata dalle "osservazioni" dell’uomo.

- Le dinamiche fondamentali del micromondo sono caratterizzate dall'acausalità.

- E’ possibile che, in determinate condizioni, la materia possa "comunicare a distanza" o possa "scaturire" dal nulla.

- Lo stato oggettivo della materia, è caratterizzato da una sovrapposizione di più stati.

La conclusione più sconvolgente che si può trarre da quanto sino ad ora affermato è senza dubbio quella che asserisce che la realtà è tale solo se è presente l’uomo con le sue "osservazioni" ; con i suoi esperimenti. A differenza delle precedenti rivoluzioni scientifiche, le quali avevano confinato l’umanità ai margini dell’universo, la Teoria Quantistica riporta l’uomo ("l’osservatore") al centro della scena. Alcuni eminenti scienziati si sono spinti a ipotizzare che la Teoria dei Quanti abbia perfino risolto l’enigma del rapporto tra Mente e Materia, asserendo che l’introduzione nei processi di misura quantistica dell’osservazione umana è un passo fondamentale per il costruirsi della realtà.

UN GRANDE DIBATTITO

Seppur fortemente avversata sin dal suo apparire (Einstein per manifestare la sua contrarietà arrivò a coniare la frase "Dio non gioca a dadi") la Meccanica Quantistica, è oggi universalmente accettata. Essa, oltre spiegare processi a livello microscopico come la stabilità dell’atomo o processi macroscopici come la superconduttività, ha ottenuto recenti eclatanti conferme sperimentali : si pensi alla diseguaglianza di Bell. Ciononostante il grado di diffidenza nei confronti di questa materia - sempre in bilico tra Fisica e Metafisica - è rimasto (come si diceva anche dianzi) alto. I suoi assunti, al limite dell’assurdo, mettono a dura prova le menti più aperte.

Anche nell’era dei computer superveloci, la Teoria Quantistica più che una scienza "accettata" si caratterizza per una scienza "subita". E sono soprattutto gli studiosi di microfisica, i quali ogni giorno hanno a che fare con i suoi assunti filosofici e con il suo formalismo matematico, che più soffrono questo stato di cose. Recentemente però, una agguerrita schiera di fisici, la cui punta di diamante è rappresentata dall’inglese S.Hawking, è riuscita a rovesciare la situazione, volgendo a loro favore proprio quelle "conseguenze" della Meccanica Quantistica che maggiormente rendevano perplessi i fisici atomici. In questo contesto Hawking crea una vera e propria disciplina scientifica ; la Cosmologia Quantistica, attraverso la quale molti misteri dell’universo trovano una razionale spiegazione. E questo, come detto, partendo proprio dagli assunti quantistici più "rivoluzionari". In questa nuova prospettiva trova coerente giustificazione la nascita della materia dal nulla.

La Fisica del Quanti, in effetti, prevede che in determinate condizioni la materia possa scaturire dal nulla. Questa non è fantascienza, ma scienza nel senso più alto del termine. E qui tornano alla mente le profetiche parole del grande W.Heisenberg quando affermava : "La più strana esperienza di quegli anni [1920 – 1930] fu che i paradossi della Teoria Quantistica non sparirono durante il processo di chiarificazione; al contrario, essi divennero ancora più marcati e più eccitanti ... ".

Sì, "eccitanti", è la parola giusta per definire il ventaglio di possibilità che allora si dischiudeva e che anche oggi può dischiudersi affrontando senza condizionamenti la Teoria dei Quanti.

Una nuova interpretazione del principio quantistico denominato "Probabilismo", ad esempio, deporrebbe a favore del libero arbitrio. Una lettura a trecentosessanta gradi della diseguaglianza di Bell (diseguaglianza che dimostra la possibilità di azioni a distanza) prova che l’universo non può più essere considerato una mera collezione di oggetti, ma una inseparabile rete di modelli di energia vibrante, nei quali nessun componente ha realtà indipendente dal tutto.

IL PROBABILISMO E L’ACAUSALITA’

All’inizio del ventesimo secolo, i fisici ritenevano che tutti i processi dell’universo fossero perfettamente calcolabili purché si avessero a disposizione dati di partenza sufficientemente precisi. Questa filosofia deterministica aveva preso le mosse due secoli prima quando Newton, con la sua legge di gravitazione universale, era riuscito a descrivere le orbite dei pianeti. In un sol colpo lo scienziato inglese aveva dimostrato che una mela che cade da un albero e un corpo celeste che si muove nello spazio, sono governati dalla stessa legge : l’universo ticchettava come un gigantesco orologio perfettamente regolato.

Ma in concomitanza con la fine dell’epoca vittoriana, quella presuntuosa sicurezza svanì ; avvenne nel momento in cui i fisici tentarono di applicare quelle leggi meccanicistiche al comportamento del mondo atomico. In quel minuscolo regno, gli eventi non fluiscono armonicamente e gradualmente con il tempo, ma si modificano in modo brusco e discontinuo. Gli atomi riescono ad assorbire o liberare energia solo in forma di pacchetti discreti chiamati Quanti (da qui il termine Meccanica Quantistica). A questo livello la natura non funziona più come una macchina, ma come un gioco di probabilità. Nei primi decenni del nostro secolo lo scienziato danese Niels Bohr scoprì che le particelle atomiche si comportavano in modo molto meno prevedibile che non gli oggetti ordinari come le matite o le palle da tennis. Le parole "sempre" e "mai", di cui si faceva largo uso per i processi del mondo macroscopico, dovettero essere rimpiazzate dai termini "spesso" e "raramente". Non si poteva dare più nulla per scontato.

Elementi come le orbite percorse dagli elettroni attorno al nucleo, non potevano più essere definite con precisione. Anche il "quid" che ad un certo punto induceva l’atomo radioattivo alla disintegrazione doveva sottostare alle leggi della probabilità." ......continua...
Un caro saluto

Alessandra

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