Max Plank
La comprensione della meccanica quantistica sembra, a prima vista, una questione parecchio complicata. Anche ad un secondo sguardo, tuttavia, le cose non sembrano cambiare di molto.
Di certo si può dire che la meccanica quantistica riguarda il comportamento della materia a livello atomico e subatomico. Possiamo dire, in via preliminare, che con essa l’atomo perde molto della sua certezza matematica a favore di una maggiore incertezza statistica.
Plank e la sua costante
Pare che tutto sia cominciato con la scoperta di uno studente di fisica di nome Max Plank, il quale scoprì nel 1900 che le radiazioni emesse da un corpo caldo non sono emesse in modo continuo ma in pacchetti, ovvero in quanti (è bene sapere che scaldare la materia equivale ad agitarne gli atomi e provocare il desiderio di fuggire in alcune particelle).
Questa scoperta aprì un mondo del tutto nuovo, almeno nell’ambito della fisica. Fino a Plank si credeva che le radiazioni fossero un fenomeno costante e frazionabile a piacere, come una normale grandezza numerica, dopo Plank si dovette tener conto che l’energia (la radiazione) non viene emessa costantemente ma quantizzata in pacchetti.
In sostanza l’energia non è solamente un onda che si propaga in modo continuo e in tutte le direzioni, l’energia viene emanata a proiettili, ovvero in quanti predefiniti dello stesso valore. Per usare un altro esempio, il quanto assomiglia molto al vagone di un treno, dove il treno rappresenta la quantità di energia complessiva e ciascun vagone il quanto costante in cui è suddivisa.
La costante di Plank esprime il valore fisso e non frazionabile in cui l’energia di una radiazione è divisa. L’onda della radiazione si esprime in frequenza, maggiore è la frequenza (più corta è la lunghezza dell’onda) maggiore è l’energia racchiusa in un quanto.
L’energia cambia in quantità , ma per essere emessa viene racchiusa sempre nel medesimo quanto, della stessa dimensione (non importa quante persone vi siano in un vagone, il vagone resterà sempre della stessa lunghezza).
Molti furono gli ostacoli ad una effettiva comprensione della scoperta di Plank (ed Einstein dette una mano a Plank nel chiarirne le conseguenze), la teoria si impose molto lentamente nell’ambito scientifico e molto lentamente diede i suoi primi frutti nelle applicazioni successive.
Il dualismo onda-particella
Una prima conseguenza derivante dalla formulazione del quanto fu la scoperta che la luce, oltre a comportarsi come onda, e quindi essere soggetta a fenomeni di rifrazione (le onde di luce si intrecciano e si sovrappongono come onde nel mare), si comporta anche come particella (la particella di luce viene chiamata fotone).
Questa scoperta non mancò di suscitare perplessità e resistenze. Malgrado la sua evidenza, provata da innumerevoli esperimenti, vi sono ancora oggi fisici che non si sentono troppo sicuri di ciò.
Il punto sta nel fatto che onde e particelle, nella visione comune, sembrerebbero due entità contrapposte: le prime si irradiano a piacere e non sembrano avere problemi di frazionabilità , in quanto fenomeno costante e uniforme; le seconde sono per eccelenza entità quantizzate, nel senso che l’energia è costretta solamente in certi intervalli (non è possibile dividere un elettrone in due, l’energia emessa in modo particellare ha come valore minimo sempre e comunque quella di una particella).
Il problema del dualismo sembra in realtà non sussistere, il dualismo apparente è un problema di interpretazione: la luce, in sostanza, a seconda del tipo di esperimento, soddisfa sia la dimostrazione ondulatoria (dell’onda) sia quella particellare (della particella): quando i fisici domandano alla luce se essa sia un’onda, la luce risponde di si, quando le chiedono se essa sia una particella, anche questa volta la luce risponde di si.
Una soluzione definitiva la fornirebbe un esperimento che interroghi la luce su entrambe le questioni contemporaneamente, il problema è che a tutt’oggi sembrano sussistere limiti fisici ineludibili all’esecuzione di tale esperimento.
