Quantistica: gli strani fondamenti del nostro mondo

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

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.

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 diHeisenberg (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.

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.
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.
 
Articolo completo con approfondimenti: www.quantistica.altervista.org
Gli esperimenti di Alain Aspect

Nel 1982 Alain Aspect con la collaborazione di due ricercatori, J. Dalibard e G. Roger, dell’Istituto di Ottica dell’Università di Parigi, raccolse la sfida per una rigorosa verifica delle ipotesi “non localistiche” della teoria quantistica. Egli realizzò una serie di apparecchiature sofisticatissime nel campo dell’ottica-fisica, le quali permisero di risolvere il contenzioso che ormai da mezzo secolo opponeva i fisici che si riconoscevano nelle posizioni “classiche” (Einstein, ecc.), con i fisici quantistici della scuola di Copenaghen.

Nella figura di seguito riportata vediamo una schematizzazione delle apparecchiature utilizzate da Aspect e collaboratori nei loro esperimenti.

Al centro abbiamo un atomo di Calcio eccitato il quale produce una coppia di fotoni correlati che si muovono lungo percorsi opposti. Lungo uno di questi percorsi (nel caso rappresentato in figura, il Percorso A), di tanto in tanto e in maniera del tutto casuale, viene inserito un “filtro” (un Cristallo Birifrangente) il quale, una volta che un fotone interagisce con esso, può, con una probabilità del 50 %, deviarlo oppure lasciarlo proseguire indisturbato per la sua strada facendosi attraversare. Agli estremi di ogni tragitto previsto per ciascun fotone è posto un rivelatore di fotoni.

Ora, la cosa straordinaria verificata da Aspect con le sue apparecchiature è che nel momento in cui lungo il Percorso A veniva inserito il Cristallo Birifrangente e si produceva una deviazione del fotone 1 verso il rivelatore c, anche il fotone 2 (ovvero il fotone del Percorso B; il fotone separato e senza “ostacoli” davanti), “spontaneamente” ed istantaneamente, deviava verso il rivelatore d. Praticamente l’atto di inserire il Cristallo Birifrangente con la conseguente deviazione del fotone 1, faceva istantaneamente e a distanza deviare il fotone 2.

Tutto ciò può sembrare strano, ma è quello che effettivamente accade quando si eseguono esperimenti su coppie di particelle correlate.

Queste bizzarrie della natura, stigmatizzano i fisici quantistici, sono tali solo se si ragiona secondo una “logica classica”. In uno scenario ove si immagina che qualsiasi sistema correlato possa godere della prerogativa di non risentire della distanza spaziale, tutto risulta semplificato, “normale”. Abbandonando l’idea che le particelle correlate situate in luoghi distanti rappresentino enti distinti, scompaiono anche buona parte degli ostacoli concettuali (e di fatto) che impediscono una comunicazione o “un’azione” non locale.

In riferimento all’unicità della materia che scaturisce dalla visione non localistica della teoria quantistica, così si esprime il premio Nobel per la Fisica Brian Josephson:

“L’universo non è una collezione di oggetti, ma una inseparabile rete di modelli di energia vibrante nei quali 
nessun componente ha realtà indipendente dal tutto: 
includendo nel tutto “l’osservatore”.

Fonte: www.arteebiologia.it

Tratto da: crepanelmuro
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