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martedì 26 giugno 2012

QUANTISTICA: GLI STRANI FONDAMENTI DEL NOSTRO MONDO

 
Introduzione alla Fisica Quantistica  per coloro che non ne sanno (quasi) nulla e che vorrebbero saperne un po' di più. 

"Quelli che non sono rimasti scioccati quando si sono imbattuti per la prima volta nella teoria quantistica non possono averla capita". (Niels Bohr) 


di Concetta Sciumbata

Alla fine dell'Ottocento, si pensava di aver compreso i principi fondamentali della Natura. Gli atomi erano i "mattoncini" con cui era costruito il mondo, le leggi di gravitazione universale di Newton spiegavano il moto dei pianeti e di tutti gli altri corpi, l'Universo intero sembrava  funzionare come un gigantesco orologio. Ma, nei primi decenni del novecento, uno studio più approfondito dell'atomo e dei suoi componenti ha dato origine alla Teoria dei Quanti che, facendo perdere gran parte delle certezze su cui si basava la fisica classica, ha gradualmente fatto comprendere che la conoscenza della realtà era ben lontana dall'essere completa.
Sintetizzati qui di seguito:
I principi basilari della Fisica Quantistica
Illustrazioni e approfondimenti
1)  Sia la luce che le particelle che costituiscono gli atomi e cioè gli elementi fondamentali  che compongono la materia  (quindi noi stessi e la realtà a noi manifesta) sono costituite da minuscoli concentrati di energia detti QUANTI che  hanno una duplice natura: ondulatoria e corpuscolare.
Precisamente a livello subatomico la materia presenta le caratteristiche tipiche delle onde e solo all'atto dell'osservazione assume un comportamento corpuscolare.
Ad intuire la duplice natura, corpuscolare ed ondulatoria della materia fu il matematico e fisico Louis De Broglie (1892-1987) che ottenne il premio Nobel nel 1929.
Le proprietà delle vibrazioni dell'onda quantistica furono descritte matematicamente dalla Equazione d'onda di Schrodinger matematico e fisico austriaco (1987-1962) che per tale scoperta nel 1933 fu insignito del premio Nobel .

  Il filmato qui sopra simula l'esperimento detto 'delle due fessure' che dimostra come le particelle subatomiche che formano la materia, si manifestano soltanto all'atto dell'osservazione. Fino a quel momento, cioè fino a quando "qualcuno" non le osserva, esiste 'solo' il potenziale della particella sotto forma di un onda energetica, che contiene in se tutte le possibilità.
All'atto dell'osservazione, una particella prende vita occupando una delle possibilità, solitamente quella che ci aspettiamo. L'aspetto sconvolgente ma anche illuminante di queste scoperte è che tutto l'universo e noi stessi siamo formati da particelle; le stesse particelle che esistono come materia quando le osserviamo ed esistono come onde di possibilità quando non le osserviamo.
2)  Non è possibile conoscere simultaneamente la velocità e la posizione di una particella quantistica, poiché quanto maggiore è l'accuratezza nel determinarne la posizione tanto minore è la precisione con la quale si può accertarne la velocità e viceversa .
La suddetta proprietà è conosciuta come Principio d'Indeterminazione di Heisenberg  (1901 – 1976) fisico tedesco premio Nobel nel 1932.
L'indeterminazione non dipende dai limiti dei nostri strumenti, che comportano necessariamente una interazione più o meno grande con l'oggetto da sottoporre a misurazione, bensì rappresenta una caratteristica intrinseca della materia.
Oltre alla posizione e alla velocità della particelle, il principio di indeterminazione pone limiti anche alla misura simultanea di altre grandezze come ad esempio l'energia e il tempo: se si cerca di determinare con precisione l'energia di una particella, diminuirà inevitabilmente il grado di accuratezza con cui conosciamo la sua durata, e viceversa. Tale aspetto produce delle conseguenze del tutto incompatibili alla luce della nostra esperienza ordinaria, infatti, il grado di indeterminazione esistente tra energia e tempo fa si che delle particelle (ad esempio una coppia elettrone-positrone), possano emergere dal nulla per una frazione infinitesimale di secondo (inferiore a 10-20 secondi), prima di svanire nuovamente.
Dette conseguenze costituiscono più di una semplice ipotesi teorica o di un  artificioso calcolo, poiché sono state verificate in esperimenti di laboratorio.
Approfondimenti:
3)        Se due particelle si fanno interagire per  un certo periodo e quindi vengono separate, quando si sollecita una delle due in modo da modificarne lo stato, istantaneamente si manifesta sulla seconda  una analoga sollecitazione a qualunque distanza si trovi rispetto alla prima.
Tale fenomeno è detto "Fenomeno dell'Entanglement".
Il fenomeno dell'entanglement viola il «principio di località» per il quale  ciò che accade in un luogo NON può influire immediatamente su ciò che accade in un altro.
Albert Einstein, pur avendo dato importanti contributi alla teoria quantistica, non accettò mai che una particella potesse influenzarne un'altra istantaneamente e pertanto cercò a lungo di dimostrare che la violazione della località fosse solo apparente, ma i suoi tentativi furono di volta in volta ribattuti dai suoi oppositori.

     Nel 1982 il fisico Alain Aspect, con una serie di sofisticati esperimenti dimostrò l'esistenza dell’entanglement e quindi l'inconsistenza della posizione di Einstein.
    Infine nell'Ottobre del 1998 il fenomeno dell’entanglement è stato definitivamente confermato dalla riuscita di un esperimento sul teletrasporto effettuato dall'Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, in California.
Descrizione di un esperimento sul fenomeno dell'Entaglement
Due particelle vengono lanciate in direzioni opposte. Se la particella A, durante il suo tragitto incontra una carica magnetica che ne devia la direzione verso l’alto, la particella B, invece di continuare la sua traiettoria in linea retta, devia contemporaneamente la direzione assumendo un moto contrario alla sua gemella.
Questo esperimento dimostra che:
1. le particelle sono in grado di comunicare tra di loro trasmettendo ed elaborando informazioni.
2.  la comunicazione è istantanea.
Il fisico Niels Bohr disse:
"Tra due particelle [correlate] che si allontanano l'una all'altra nello spazio, esiste una forma di azione-comunicazione permanente. [...]
Anche se due fotoni si trovassero su due diverse galassie continuerebbero pur sempre a rimanere un unico ente ..."
Approfondimenti:

La fisica quantistica è ormai alla base di  tutta la Scienza. Oggi, infatti, le proprietà dei quanti  non solo spiegano il mondo atomico e subatomico ma altresì  decifrano numerosi aspetti relativi all'astrofisica e alla cosmologia e recentemente interpretano anche molteplici fenomeni  inerenti la biofisica, la genetica e le neuroscienze. 
      Nonostante ciò, malgrado il nostro mondo quotidiano è quasi totalmente permeato dalle  applicazioni della quantistica  (transistor, lettori CD; laser, risonanza magnetica, microsonde chirurgiche...) e malgrado  gli sviluppi concettuali di questa teoria siano tra i più innovativi degli ultimi 100 anni,  la maggior parte degli italiani  non sa quasi nulla di questa disciplina ed il suo insegnamento   è praticamente ignorato dai programmi scolastici (leggi) .     
Questo apparente disinteresse  nei confronti della Fisica Quantistica sembra sia dovuto non tanto alla difficoltà delle sue regole (che in verità  per essere ben comprese richiederebbero una buona conoscenza della matematica)  ma piuttosto alle sue  implicazioni ideologiche così  destabilizzanti da scardinare le fondamenta su cui poggiano tutti i concetti scientifici, filosofici ed etico-religiosi del nostro sapere.


Fonte articolo: www.quantistica.altervista.org 


FISICA QUANTISTICA E DINTORNI
Si segnalano qui di seguito, opportunamente raggruppati per una una più facile lettura, alcuni link sulla Quantistica.
La Quantistica e le sue regole:


Una introduzione alla Meccanica Quantistica  curata dal prof. Battiston dell'Università di Perugia.
Non e' richiesta nessuna preparazione scientifica ma solo una buona dose di curiosità.


Una presentazione dei principi e delle implicazioni della teoria quantistica curata dal fisico e filosofo Tiziano Cantalupi


Sei filmati che illustrano le scoperte e le intuizioni che hanno condotto all'attuale modello atomico


Quantistica, la nuova Scienza (fogli in formato PDF)

Breve storia dei fondamenti della Meccanica Quantistica



Ciò che l'osservatore farà in futuro definisce ciò che accade nel passato?


Libri e recensioni














Articoli










Quantistica: riflessioni e implicazioni











Siti sulla Quantistica






La parola agli esperti





Michel Bitbol
Intervista a 
Michel Bitbol 

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