FISICA QUANTISTICA

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MARIO GRILLI E DOMENICA NIEDDU

 


LA FISICA QUANTISTICA SPIEGATA IN MODO SEMPLICE


La fisica quantistica è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni viste sia come fenomeni ondulatori sia come fenomeni particellari (dualismo onda-particella), a differenza della fisica classica o newtoniana, basata sulle teorie di Isaac Newton, che vede per esempio la luce solo come onda e l’elettrone solo come particella.

Il dualismo onda–particella

Il dualismo onda–particella è la principale causa della messa in discussione di tutte le teorie della fisica classica sviluppate fino al XIX secolo. Questa teoria si può applicare anche alla luce, infatti Young per dimostrare che la luce si propagava per onde propose un esperimento: un fascio di raggi luminosi colpiva uno schermo in cui erano presenti due fori, o fenditure, molto piccoli, che diventavano due sorgenti omogenee. A questo punto mise uno schermo che raccoglieva la luce proveniente dai due fori e vide nettamente delle frange chiare e scure, molto simili alle onde del mare provenienti da due sorgenti diverse.

Questo fenomeno non si può spiegare con la teoria corpuscolare, ma con la teoria ondulatoria. Due onde della stessa ampiezza possono essere in fase e, se interferiscono, originano un'onda sinusoidale che è somma delle sue sinusoidi componenti; possono però essere in controfase e, se interferiscono, originano un'onda nulla. Questo esperimento è molto importante perché verrà ripreso in seguito da Richard Feynman.

Intanto nel 1803 gli atomi erano considerati i costituenti fondamentali della materia. Nel 1874 G. Stoney scoprì l’elettrone e poi Rutherford il nucleo atomico, caricato positivamente, circondato da elettroni carichi negativamente come il sole in mezzo ai pianeti del sistema solare. Però seguendo la teoria elettromagnetica di Maxwell sulle cariche in moto accelerato, si giunse alla conclusione che l’atomo avrebbe dovuto collassare, invece la materia che osserviamo continuamente è stabile. A cavallo tra il XIX e il XX secolo lo studio dell’effetto fotoelettrico mise in discussione la completezza della meccanica classica, suggerendo che la radiazione elettromagnetica avesse il duplice comportamento ondulatorio e corpuscolare durante l’interazione con la materia.

L'effetto fotoelettrico

Infatti in certe situazioni, come messo in evidenza nel 1905 da Einstein con l'ipotesi del fotone nell'effetto fotoelettrico, la luce si comportava decisamente come composta da particelle. L’effetto fotoelettrico è il fenomeno che si manifesta con l'emissione di particelle elettricamente cariche da parte di un corpo esposto a onde luminose o a radiazioni elettromagnetiche di varia frequenza: gli elettroni vengono emessi dalla superficie di un conduttore metallico (o da un gas) in seguito all'assorbimento dell'energia trasportata dalla luce incidente sulla superficie stessa. Come diceva Planck la radiazione luminosa di frequenza ν è composta da particelle corpuscolari (fotoni) di energia E = h ν (h è la costante di Planck). Per riuscire a strappare un elettrone a una superficie metallica, l’energia del fotone deve essere più grande dell’energia di legame dell’elettrone nel metallo (W). Inserendo ora un amperometro fra anodo e catodo si misura così un passaggio di corrente. Se invece l’energia del fotone è inferiore a W non si ha effetto fotoelettrico, e l’amperometro non registra passaggio di corrente. La teoria ondulatoria classica prevedeva però che, all'aumentare dell'intensità della luce incidente, aumentasse l'energia degli elettroni emessi.
Nel 1902, il fisico tedesco Philipp Lenard mostrò invece che l'energia dei fotoelettroni non dipendeva dall’intensità di illuminazione, ma dalla frequenza (o dalla lunghezza d'onda) della radiazione incidente. L’intensità della radiazione determinava invece l’intensità della corrente, cioè il numero di elettroni strappati alla superficie metallica. Il risultato sperimentale era inspiegabile pensando che la natura della luce fosse solo ondulatoria.
Nel 1905 Albert Einstein spiegò l'effetto fotoelettrico con l'ipotesi che i raggi luminosi trasportassero particelle, chiamate fotoni, la cui energia è direttamente proporzionale alla frequenza dell’onda corrispondente: incidendo sulla superficie di un corpo metallico, i fotoni cedono parte della loro energia agli elettroni liberi del conduttore, provocandone l'emissione. Allora l'energia dell'elettrone liberato dipende solo dall'energia del fotone, mentre l’intensità della radiazione è direttamente correlata al numero di fotoni trasportati dall’onda, e dunque può influire sul numero di elettroni estratti dal metallo, ma non sulla loro energia. Era difficile credere che la luce presentasse una specie di dualismo, apparendo come onda o come particella a seconda degli esperimenti. De Broglie nel 1924 ipotizzò che tutta la materia manifestasse lo stesso dualismo.

L'esperimento della doppia fenditura

Nel 1927 Davisson e Germer ebbero la prova sperimentale di tale comportamento: osservarono figure di diffrazione facendo attraversare un cristallo di nichel da un fascio di elettroni (la diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino). Nasceva da qui la possibilità di utilizzare fasci di particelle per eseguire esperimenti di interferenza con due fenditure, proprio come Young aveva fatto con la luce.
L’esperimento delle due fenditure permette di dimostrare la dualità onda-particella della materia. Richard Feynman ripeteva che questo esperimento era la chiave per comprendere la meccanica quantistica. Questa volta vennero usate lastre rilevatrici moderne e una sorgente estremamente debole di luce o elettroni. Aprendo soltanto una fenditura (ad esempio, quella di sinistra), sulla lastra fotografica si ottiene la proiezione della fenditura. Aprendo ora solo la fessura destra si forma una figura speculare a quella precedente. La luce risponde quindi perfettamente alla teoria corpuscolare di Newton. Ora, provando a prevedere che figura risulterebbe dall’apertura contemporanea di entrambe le fenditure, secondo la teoria corpuscolare si verificherebbe la semplice sovrapposizione delle due figure precedenti. In realtà, quella che si genera è una figura di interferenza, ovvero in questo caso la luce si comporta come un’onda meccanica: sulla lastra fotografica avremmo in alcuni punti sovrapposizioni di picchi o ventri, in altri cancellazioni. Ciò dimostra inequivocabilmente l'esistenza del dualismo onda-corpuscolo, sia della materia che della radiazione elettromagnetica.
Niels Bohr introdusse anche il principio di complementarità, secondo il quale i due aspetti, corpuscolare e ondulatorio, non possono essere osservati contemporaneamente perché si escludono a vicenda, ovvero il tipo di esperimento determina il successivo comportamento delle particelle in esso coinvolte.
[fonte].



FISICA QUANTISTICA E VITA QUOTIDIANA


Alcune scoperte della fisica quantistica sono sconcertanti. Se andiamo oltre la loro interpretazione dal punto di vista puramente scientifico/matematico e proviamo a considerarle per le implicazioni che possono avere nell’esperienza di vita quotidiana, chiunque – anche l’individuo più razionale – può trarne una grandiosa possibilità: quella di accorgersi sia di quanto la Realtà sia “elastica” e “malleabile” sia di quanto sia grande il potere che ha su di essa.

Chiunque può allora sviluppare, anche utilizzando la sua razionalità, la sua capacità, molto spirituale, di guidare con la propria volontà le esperienze che vive e vivrà nel suo futuro.
Anche il solo accorgersi di avere un potere può avere effetti potentissimi. È un potere che chiunque sia vivo e in grado di pensare possiede e utilizza sempre, in genere maldestramente perché è inconsapevole di averlo. Lo applica ogni volta che crede o che pensa a qualsiasi cosa, bella o brutta.

È il proprio l’uso inconsapevole e maldestro del proprio potere sulla Realtà a portare un individuo che potrebbe essere potenzialmente illuminato dalla Gioia assoluta a vivere tristemente.

Ognuno, senza accorgersene, produce da solo anche le proprie esperienze di crisi, proprio quelle a cui ha pensato per cercare di evitarle, quelle che ha tanto sperato di evitare.
Molti arrivano a ritenere che la Vita e l’Umanità siano ciniche e spietate solo perché la Realtà realizza alla lettera, senza farsi domande, senza giudicare, senza interpretare quello che pensano, quello in cui credono.

È un potere che può essere difficile accettare di avere perché, se da una parte apre a possibilità potenzialmente illimitate, rivela anche ad ogni individuo che deve coraggiosamente assumersi la responsabilità delle esperienze che vive nel presente e che vivrà in futuro, perché queste dipendono perlopiù dalle sue credenze e dai sui pensieri.

È per questo che chi si lamenta per qualsiasi motivo è come se fosse un ladro di tempo ed energia vitale altrui. Ognuno è il primo responsabile delle esperienze che vive e anziché lamentarsi per cercare di togliersi o negare qualsiasi sua responsabilità ed evitare sensi di colpa, dovrebbe invece reagire producendo in sé i cambiamenti pensieri che urgono, affinché possa anche lui, come altri, vivere esperienze felici. Le scoperte della fisica quantistica ci offrono la meravigliosa possibilità di accorgerci, seppure dovendo ricorrere in taluni casi a sforzi immaginativi – e questo è comunque un bene -, che la Realtà, oltre ad essere quella che ci appare, ha anche una trama nascosta, segreta, invisibile e possibilista. Quando alcuni grandi uomini dalle menti straordinarie hanno iniziato ad indagare le strutture elementari della materia hanno fatto scoperte sconcertanti, come quella che i comportamenti e le modalità di manifestazione della particelle che la costituiscono sono razionalmente inspiegabili e meravigliosamente incomprensibili.

Alcuni degli effetti che si è osservato sono in grado di produrre nello spazio-tempo sono sfruttati in molte tecnologie moderne, ma resta razionalmente incomprensibile come e perché riescano a fare certe cose.

Nascondono misteri profondi, primo fra tutti quello della loro esistenza: se esistano realmente o se siano solo manifestazioni della coscienza, della volontà di chi li indaga. A volte si manifestano, a volte spariscono nel nulla, a volte si trasformano in cose diverse come onde e/o particelle anche di tipo molto diverso tra loro, a volte hanno più comportamenti simultanei e sovrapposti come “girare” sia verso l’alto (up) sia verso il basso (down) (come se un orologio potesse andare contemporaneamente sia in senso orario sia in senso antiorario). In effetti la fisica quantistica ha evidenziato aspetti della Realtà che il metodo scientifico classico, caratterizzato dall’essere causale e deterministico, è stato incapace di gestire senza ricorrere a interpretazioni che sembrano essere – come molte delle mie in questo libro – più filosofiche e spirituali che scientifiche.

Eccoti un brevissima sintesi di alcuni degli aspetti della Realtà che la fisica quantistica ci ha dato la possibilità di accettare.
  • Niente può essere certo, tutto è solo più o meno probabile e/o possibile.
  • Quello che determina che cosa si manifesta (attualizza) è l’interazione/osservazione.
  • La Materia è fatta sia di energia sia di particelle sia di onde sia di niente, tutto insieme.
  • E’ impossibile isolare/separare un sistema da chi lo osserva (e dal resto della realtà…).
  • Lo spazio e il tempo sono variabili relative a chi li vive localmente.
  • Una struttura della materia può condizionare il comportamento di un’altra struttura della materia istantaneamente e a qualsiasi distanza nello spazio, avvalendosi solo di se stessa (entanglement)?
  • La coscienza e il pensiero umano vanno considerate come entità fisiche.
Sorpreso? La cosa però più sorprendente è che le scoperte della fisica quantistica si sono rivelate esatte e hanno permesso la realizzazione di nuove e ultimissime tecnologie tra le quali vi sono i semiconduttori che sono alla base di ogni dispositivo elettronico, la luce laser, le centrali nucleari (ma anche le bombe atomiche), i navigatori satellitari, la spettroscopia grazie alla quale è possibile indagare l’Universo, i computer quantistici e molto altro.

Scoperte che hanno permesso inoltre di introdurre una nuova visione ed interpretazione della Realtà basata sul possibilismo anziché sul determinismo, nella quale è divenuto inappropriato cercare di produrre distinzioni tra osservatore e osservato ma anche tra cause ed effetti e i miracoli sono considerati fenomeni ordinari. Tutta l’economia mondiale moderna si fonda ed è permessa da scoperte direttamente o indirettamente collegate con la fisica quantistica; sono la spiritualità dell’uomo – in mano a Chiese che, oggi più che mai, sono divenute fonte più di conflitti tra i loro seguaci che di evoluzione – è rimasta ancora al di fuori delle sue implicazioni.

Se applichiamo le scoperte della fisica quantistica alla vita quotidiana ci troviamo di fronte a nuovi scenari, molto diversi da quelli a cui ci siamo abituati a credere. Ritengo che tutto quello che noi crediamo essere reale, prima che divenga reale viene costruito con la partecipazione, in varia misura, di tutti coloro che parteciperanno a una data esperienza ma anche di tutta la Realtà.

I termini utilizzati in fisica sono interazione e attualizzazione. Il concetto di interazione esprime la situazione in cui due o più elementi della Realtà agiscono, direttamente o indirettamente, uno sull’altro. Un’implicazione pratica di questo aspetto è, per esempio, quella che anche quando una persona crede di avere subìto un’esperienza unicamente a causa di un’altra, entrambi hanno in realtà, consapevolmente o inconsapevolmente partecipato in modo attivo alla creazione di quell’esperienza da ancora prima che venisse vissuta, entrambi ne sono responsabili.

Altre implicazioni sono che quello che ognuno pensa di altre persone le condiziona nel comportamento che avranno nei loro riguardi, che immaginando di vivere una certa esperienza si contribuisce attivamente a produrla, che credendo ai miracoli si contribuisce a renderli possibili e molto altro che in parte ho descritto in questo libro.

[Da Io scelgo Io voglio Io sono di Fabio Marchesi]