LEZIONE 12—LA NASCITA DELLA MECCANICA QUANTISTICA

Una delle figure chiave nella rivoluzione dei quanti è un giovane danese con la tendenza a isolarsi e a meditare è lo scienziato Niels Henrik David Bohr conosciuto meglio come Niels Bohr.

Fin da piccolo, Bohr, è ossessionato dalla fisica, una volta durante una partita di pallone tra ragazzi iniziò a scrivere delle equazioni sulla porta e in terra, solo il grido dei suoi compagni lo distrasse dalle sue fantasticherie riuscendo a salvare il risultato della partita. A scuola era molto bravo, anche se non gli piaceva scrivere una caratteristica che lo accompagnerà per tutta la vita. Scrive era veramente una fobia, per lui contava solo il ragionamento, l’astrazione, scrivere lo lasciava era un mestiere per lui troppo complicato e si faceva aiutare da altri. La sue tesi di dottorato la fa battere alla madre scaturendo l’ira del padre che voleva che si impegnasse a scrivere, ma non lo farà mai in seguito lo verrà aiutato dalla moglie. Dopo la laurea nel 1912 si reca in Inghilterra nel laboratorio di Ernest Rutherford, Primo Barone Rutherford di Nelson già emerito e noto professore.

Un anno dopo Rutherford, fece un’importante scoperta sugli atomi. L’atomo era considerato un agglomerato amorfi di cariche positive ammassate a cariche negative.

Rutherford, sostiene invece che gli atomi sono più vicini ad un modello planetario con gli elettroni che orbitano intorno a un nucleo dove è concentrata tutta la massa, per avere un’idea delle dimensioni di cui stiamo parlando, basti considerare il cortile dell’università di Cambrige dove Rutherford, insegnò e fece le sue scoperte, o a un campo di calcio, se queste sono le dimensioni di un atomo allora il nucleo si può paragonare alle dimensioni di poco più di un millimetro, quasi un granello di sabbia in mezzo al campo. Questo evidenzia una cosa molto importante che gli atomi sono essenzialmente vuoti, tra il nucleo e le orbite degli elettroni non c’è nulla, la materia quindi è un qualcosa di vuoto. Questo concetto di vuoto atomico non convinse subito i fisici dell’epoca, e anche oggi il senso comune ci dice che se io batto le mani una mano non passa attraverso l’altra, se la materia è vuota dovrebbe, o se colpisco il muro non passo dall’altra parte. Allora la teoria di Rutherford, è sbagliata? Certo che no.

La natura, la materia è vuota, allora come mai non passiamo attraverso ai muri?

La ragione per cui esso non accade è perché tra il nucleo e gli elettroni si creano dei campi elettrici (Vedi lezione su campi elettrici), quando la distanza tra gli elettroni di due materiali arriva ad essere minima si respingono e allora tra di essi si crea una campo ( più forte è il campo più il materiale è solido)che ci da l’illusione di vedere le cose solide, ma che in realtà non lo sono.

La Scoperta di Rutherford, fu veramente una rivoluzione, ma evidenziò un’ paradosso, se c’erano degli elettroni che orbitavano attorno al nucleo quelli più vicini ad esso dovevano in qualche modo girare, girare e poi finire in moto a spirale sul nucleo e questo doveva succedere in una frazione di secondo e collassare tutto, questo prevedeva la fisica classica. Ma questa conclusione classica porta ad un assurdo, gli atomi non potrebbero esistere! Nulla esisterebbe! ….

Bohr sosteneva che gli elettroni non si potevano spostare da un’orbita all’altra casualmente ma erano "costretti" ad occupare certe orbite bene determinate intorno al nucleo, come tanti cerchi concentrici, dove in mezzo non c’è nulla. Questo è un concetto straordinario, ora capito, studiato e visto in laboratorio, ma nel 1913 fu una teoria sconvolgente, demoliva la teoria di Newton.

L’idea di Bohr,ch’egli elettroni girano in orbite bene distinte, trova ispirazione da altre nuove teorie dove calore e luce sono raggruppati in unità indivisibili chiamati quanti.

Applicare queste teorie dei quanti alla materia, per i fisici di allora era uno spreco inutile, e la teoria di Bohr e nei congressi prendono in giro il giovane Bohr, dicendo che era impossibile che l’elettrone si possa trovare in alcuni punti e non in altri, insomma la teoria era senza senso.

Con il passare del tempo si formano due schieramenti, una a seguito si Bohr che crede nei quanti della materia, e uno che si attiene alla visione classica: E’ IN GIOCO L’ESSENZA STESSA DELLA NATURA, DELLA VITA.

L’INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG

Nel 1926 Werner Karl Heisenberg un 25 enne fisico tedesco, propone una descrizione matematica degli atomi e fa fare un grande passo alla visione di Bohr. Il formalismo matematico usato da Hisenberg, è troppo complesso, rigido. Dopo un anno un austriaco di nome Erwin Schrödinger da una alternativa.

Schrödinger aveva una sua teoria sull’elettrone, quella di considerarlo come un onda. Le onde erano note, si studiavano da tempo e quindi questa alternativa ai fisici piaceva, avevano un quadro che era loro noto. Allora sorge una domanda la materia è fatta di onde o di particelle? Due onde quando si incontrano si uniscono si fondono, le particelle no. Quale di queste teorie era la più giusta? Per risolvere queste divergenze Bohr e Heisenberg vollero incontrare schoidinger il quale cercò di spiegare la sua teoria, ma veniva sempre contestato dal focoso e geniale Bohr.

La teoria di Bohr-Heisenberg era che l’elettrone era una particella, tutta via c’era una certa quantità di indeterminazione nello stabile dove la particella si trovasse. Hisemberg una notte uscì a fare una passeggiata non sopportava tutta questa confusione che si era creata tra le teorie,come era possibile non sapere dove poteva essere l’elettrone.

Un colpo di genio li fece capire una cosa e tutto gli fu chiaro: Per osservare un elettrone per studiarlo bisogna illuminarlo con un fascio di luce, ma quando lo si illumina l’elettrone viene disturbato, ne si disturba la sua posizione ( quindi il semplice fatto di osservare una oggetto ne cambia la posizione), quindi l’indeterminazione era una parte essenziale del suo quadro il tassello mancante quello che avrebbe unificato le due teorie, la sua geniale intuizione ancora oggi viene studiata sui libri come PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI Heisenberg

: PIU’ SI CONONSCE LA POSIZIONE DELLA PARTICELLA MENO SE NE CONOSCE VELOCITA’ E DIREZIONE E VICE VERSA.

E quando capì questo concluse che le due teorie, quella di Bohr e di quella di Heisember non erano sbagliate ma potevano essere unite, erano le due facce della solita medaglia, nacque così la teoria del principio quantico.

Era nata l’era della fisica quantistica…. Tale visione delle cose ci fa dire che anche gli eventi più bizzarri hanno una probabilità che possono accadere. Per esempio secondo questa teoria non è del tutto improbabile che un corpo si possa smaterializzare e ricomparire oltre il muro, (° questo è uno dei tipi di problemi che devono risolvere gli studenti universitari agli esami…), ma nulla vieta che ci sia una probabilità che questo avvenga, il fattore qui è un altro il tempo forse ci vorrebbe un tempo che sia più lungo della vita dell’universo, ma la teoria dei quanti non nega una passibilità.

Ci furono molti fisici che non compresero bene tale teoria, altri che non credevano che tale teoria potesse essere alla base del funzionamento del mondo, a schierarsi su questa versione fu un fisico molto noto Albert Einstein, il quale non credette mai fino in fondo a tale teoria, sostenendo che: Dio non gioca a dadi…

Il suo modo di vedere il mondo gli imponeva che ci dovevano essere delle equazioni chiare determinate, pur riconoscendo che la meccanica quantistica era degna di attenzione.

Nel 1927 i fisici più grandi del mondo si riescono a Bruxel e Einstein sfida la meccanica quantistica mettendo a dura prova gli scienziati, ma alla fine nemmeno Einstein riuscì a demolire il principio di indeterminazione. Anche se una volta Einstein se ne usci con un esempio che mise in crisi Bohr il quale per molti giorni fu irrequieto e nervoso, perché la mente di Einstein poteva avere ragione…forse la teoria dei quanti era sbagliata…ma Borh riuscì a trovare un punto debole nel esempio di Einstei applicando proprio la teoria della relatività. Qui stiamo parlando di uno scontro tra titani, uno scontro di genialità senza pari."..Dio non gioca a dadi…" ripeteva Einstein, Bohr rispondeva: " non è compito nostro dire a Dio come si gestisce il mondo .."

dopo poco si arrivò alla scissione dell’atomo. A LOS ALAMOS, furono chiamati i più grandi scienziati di tutti i tempi, non per studiare le nuove teorie fisiche ma per vedere se quelle studiate fino a quel punto erano giuste. E così in segreto si venne a costruire la prima pila atomica, ma qui la fisica quella che vera, quella mossa dall’amore per la scoperta non centrava più, qui si doveva vincere una guerra, qui, dalla fisica si era passati a un qualcosa di diverso: alla politica, la supremazia di un popolo su un altro popolo. Le teorie non uccidono, sono come un coltello, se usato per tagliare il pane può sfamare tante persone, se usato con arroganza può uccidere.

, era sul punto di abbandonare il suo modello dell’atomo, ma il giovane studente Bohr incominciò a studiare il caso e salvare tutto il lavoro del professore. Bohr arrivò a una conclusione geniale, ne era entusiasta, per scrivere la sua teoria ritardò il matrimonio, così la sua futura moglie già pronta per il viaggio di nozze si ritrovò a scrivere uno dei più grandi capolavori della fisica.

IN POCHE PAROLE DICE : CHE L’ELETTRONE E’ UNA PARTICELLA E NON SI SA DOVE SI TROVI E LA PROBABILITA’DI TROVARLA IN UN QUALSIASI PUNTO DELLO SPAZIO E’ DATA DA UN ONDA, L’ONDA DI Schrödinger. ECCO LA SINTESI DEL DUALISMO ONDA PARTICCELLA.

Era nata l’era della fisica quantistica…. Tale visione delle cose ci fa dire che anche gli eventi più bizzarri hanno una probabilità che possono accadere. Per esempio secondo questa teoria non è del tutto improbabile che un corpo si possa smaterializzare e ricomparire oltre il muro, (° questo è uno dei tipi di problemi che devono risolvere gli studenti universitari agli esami…), ma nulla vieta che ci sia una probabilità che questo avvenga, il fattore qui è un altro il tempo forse ci vorrebbe un tempo che sia più lungo della vita dell’universo, ma la teoria dei quanti non nega una passibilità.

Ci furono molti fisici che non compresero bene tale teoria, altri che non credevano che tale teoria potesse essere alla base del funzionamento del mondo, a schierarsi su questa versione fu un fisico molto noto Albert Einstein, il quale non credette mai fino in fondo a tale teoria, sostenendo che: Dio non gioca a dadi…

Il suo modo di vedere il mondo gli imponeva che ci dovevano essere delle equazioni chiare determinate, pur riconoscendo che la meccanica quantistica era degna di attenzione.

Nel 1927 i fisici più grandi del mondo si riescono a Bruxel e Einstein sfida la meccanica quantistica mettendo a dura prova gli scienziati, ma alla fine nemmeno Einstein riuscì a demolire  il principio di indeterminazione. Anche se una volta Einstein se ne usci con un esempio che mise in crisi Bohr il quale per molti giorni fu irrequieto e nervoso, perché la mente di Einstein poteva avere ragione…forse la teoria dei quanti era sbagliata…ma Borh riuscì a trovare un punto debole nel esempio di Einstei applicando proprio la teoria della relatività. Qui stiamo parlando di uno scontro tra titani, uno scontro di genialità senza pari.

“..Dio non gioca a dadi…” ripeteva Einstein, Bohr rispondeva: “ non è compito nostro dire a Dio come si gestisce il mondo ..”

dopo poco si arrivò alla scissione dell’atomo. A LOS ALAMOS, furono chiamati i più grandi scienziati di tutti i tempi, non per studiare le nuove teorie fisiche ma per vedere se quelle studiate fino a quel punto erano giuste. E così in segreto si venne a costruire la prima pila atomica, ma qui la fisica quella che vera, quella mossa dall’amore per la  scoperta non centrava più, qui si doveva vincere una guerra, qui, dalla fisica si era passati a un qualcosa di diverso: alla politica, la supremazia di un popolo su un altro popolo. Le teorie non uccidono, sono come un coltello, se usato per tagliare il pane può sfamare tante persone, se usato con arroganza può uccidere.