Le particelle non hanno “posto”. Ci sono solo ondate di probabilità

Immagina una vasca da bagno vuota. La palla lanciata in questa vasca percorrerà il percorso, disfandosi tra curve, avvallamenti ed eventuali solchi antiscivolo. Ora riempite la vasca con un liquido opaco che non ci mostrerà più la forma del fondo: conosco acqua e inchiostro. Quando lanciamo un’altra palla, affonderà, creando piccole onde sulla superficie dell’acqua. Se prima, la domanda “dove la palla? potremmo rispondere in qualsiasi momento con sicurezza, ora la domanda potrebbe trovarci un po ‘a disagio: “È sott’acqua, davvero non lo so. Per quanto ne so, potrebbe essere ovunque”. Proprio in quel momento squillerà il telefono. È il nostro fisico un amico che ha riempito anche la sua vasca da bagno con acqua e inchiostro.Sembra una strana moda.Ci chiama per raccontarci una scoperta sensazionale.Le onde che compaiono sulla superficie dell’acqua dal punto di immersione della palla non sono semplici onde d’acqua, hanno un significato più profondo: la loro larghezza indica la probabilità di trovare la palla nel punto in cui mettiamo la mano nell’acqua proprio lì.

“Se metti la mano su una cresta dell’onda, vedrai che è molto più probabile trovare una palla che pescare altrove”, ci dice. Sebbene la teoria sembri strana e non plausibile, decidiamo di testarla. Dopo molte, molte, molte, molte, molte immersioni con la mano, l’idea non plausibile del nostro amico sembra davvero spiegare la realtà. La probabilità di trovare una palla in ogni punto corrisponde esattamente all’ampiezza dell’onda. Ma questo non è niente in confronto a ciò che scopriamo conducendo un esperimento. Ogni volta che una mano sott’acqua trova e afferra una palla, l’acqua si ferma immediatamente! La superficie è completamente piatta ad eccezione del nostro braccio subacqueo. Amico fisico non sembra davvero arrabbiato come noi. “Beh, naturalmente”, ci dice, “se la tua mano trova la palla in un certo punto, come sopra un foro di drenaggio, la probabilità che la palla sia al di sopra del drenaggio diventa immediatamente certezza, e la probabilità che la palla sia ovunque tranne di ciò che diventa immediatamente zero. Così, la superficie dell’acqua deve tornare liscia ”, conclude coraggiosamente, come se non si accorgesse che quanto detto contraddice ogni intuizione e buon senso.

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Continuare la fantasia sta iniziando a diventare piuttosto complicato, giusto? Eppure la realtà è al livello più fondamentale del conosciuto, cioè al livello componenti elementari della materia, funziona più o meno così, anzi, si allontana ulteriormente dalla nostra intuizione e dalle nostre convinzioni.

A livello particelle elementari, la meccanica quantistica ci dice che non solo ci sono onde di probabilità, non solo collassano improvvisamente non appena una particella elementare “afferra” durante un esperimento, come nel nostro ridicolo esempio di serbatoio, ma dobbiamo anche dimenticare il fondo del serbatoio e la palla. Ci sono solo ondate di probabilità. Dobbiamo smetterla di pensare al fotone, all’elettrone e ad altre particelle elementari come palline in movimento spazioche possiamo seguire e il cui movimento può essere previsto. Addio determinismo, addio fisica classica. I nostri oggetti e sistemi, che ci possono essere descritti così caramente in modo deterministico, sono solo un’approssimazione di un mondo microscopico dove non ci sono palline e particelle, come le pensavamo noi, ma – come vogliamo chiamarle essenze? che cos’è Stati? – cose che possiamo solo descrivere probabilità di trovarsi in una certa posizioneo hanno una determinata proprietà, come la velocità. E questa probabilità si sviluppa nel tempo dopo un’equazione (equazione di Schrödinger), molto simile all’equazione che descrive il moto di un’onda derivante da una palla che cade nell’acqua. Queste cose, queste essenze le vediamo solo quando si manifestano in uno dei nostri strumenti di misura (come un occhio per i fotoni). Cioè, solo quando interagiscono con qualcos’altro.

Un pensiero confortante, che ci ha confortato anche quando abbiamo conosciuto per la prima volta questo argomento all’università, è che la nostra stessa incertezza meccanica quantistica è solo una conseguenza del fatto che i nostri strumenti, sia di misura che matematici, sono limitati. A un livello fondamentale il mondo è effettivamente deterministico, ma non abbiamo strumenti abbastanza potenti per accedervi. La palla, gettata in un bagno di acqua e inchiostro, segue una traiettoria precisa e deterministica. Sono i nostri occhi che non possono vedere attraverso un liquido opaco, quindi la descrizione dell’onda di probabilità con tutte le sue stranezze è solo un’approssimazione a causa della nostra ignoranza. Consolante, non si può negare: è un peccato che non sia così! Piuttosto, molti fisici dall’inizio del 1900 ai giorni nostri hanno cercato di ripensare la meccanica quantistica come approssimazione della teoria deterministica più fondamentalmente, ma il costo è sempre quello di non superare alcuni dei test sperimentali che la meccanica quantistica attraversa con la colorazione, o di introdurre idee ancora più difficili da accettare (almeno per noi), come infiniti universi paralleli. Potremmo dover fare i conti con il fatto che il mondo microscopico è molto più strano di quanto vorremmo, che le componenti elementari della materia sono casuali e indeterminate.

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Ci fermiamo qui; questo articolo è piuttosto lungo e così complesso. Là descrizione probabilistica è la base della meccanica quantistica. Tra due settimane proveremo a farti conoscere il fantastico mondo della tessitura, l’effetto tunnel e altre conseguenze che ne derivano.

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