Vi parlerò della meccanica quantistica. Nessuno ha ancora capito i fondamenti, l'interpretazione vera della meccanica quantistica. A parte la bellezza della teoria stessa, non la capiamo ma funziona.
Certo che vi avverto non ha niente a che vedere con il senso comune. Stasera spero di trasmettervi questa sensazione che la realtà nei suoi costituenti elementari è molto diversa da quello che sembra, da quello che appare. Il telefonino moderno è un concentrato di meccanica quantistica e di relatività generale. Dentro c'è Google Map, no?
Google Map può funzionare soltanto perché Einstein ci ha detto che il tempo qui sulla Terra scorre in un leggerissimamente ritmo più lento che là dove sono i satelliti da cui noi prendiamo il segnale e che tramite la triangolazione nel tempo riusciamo a dire dove siamo. Bestiale, no? Quindi noi con la Google Map stiamo testando la relatività generale tutti i giorni.
Miliardi di persone. Poi uno dice ma cosa serve la relatività generale? La luce ha un ruolo fondamentale nella nascita della meccanica quantistica.
Tutte le grandi scoperte del 1900 hanno come filo conduttore e filo rosso il fatto che sono nate dalla luce, dallo studio della luce. La luce ha un ruolo fondamentale nella nascita della meccanica quantistica. della meccanica quantistica.
Vorrei cominciare questa cosa con un'immagine, non so, un po'romantica, poetica. Voi siete a letto in una stanza, è l'alba, e dalla finestra, dalla tapparella, c'è un buco, una fessura, dove entra un raggio di luce. È un raggio di luce abbastanza rossastro, perché appunto il sole è all'alba, e all'alba e al tramonto il sole è più rosso.
Entra nella vostra stanza e illumina tutti gli oggetti, ma non solo, se la guardate attentamente potete vedere anche quel po'di pulviscolo che è messo in evidenza dal raggio di luce, che può diffondere la luce e farla arrivare fino ai vostri occhi. Siete lì nel dormiveglia e pensate da dove viene questa luce, è la luce del sole, ma chi la fa nel sole questa luce? Viene dalla superficie, sì, ma dalla superficie che è scaldata da qualche altra cosa, no? E allora rimuginati ricordi di scuola, dice, ma sarà fatta nel centro del Sole dove si fanno le reazioni termonucleari.
E pensate che quella stessa luce che nasce come raggio gamma e poi viene assorbita, diffusa, rimbalzata, ci mette circa centomila anni ad uscire. a vedere la luce sulla superficie del sole ed arrivare poi in otto minuti dal sole fino a noi. Ma se avete anche un animo appunto un po'artistico, che cosa vi viene in mente con la luce? Vi viene in mente il maestro della luce, che non è mica un fisico. Il maestro della luce è per tutti un pittore, che è Caravaggio, che per primo ha usato la luce come protagonista nei suoi quadri.
Ha colpito i visi, le mani, l'espressione, scolpito queste immagini con la luce. Per lui questo fascio di luce che vedete sulla parete di questo quadro famosissimo che è la vocazione di San Matteo è proprio... Gli altri facevano i paesaggi, eccetera.
Lui illumina la sua scena come un regista moderno usa i riflettori per illuminare i vari personaggi di teatro. Un'altra particolarità è guardate il dito, guardate la mano di Gesù e magari non vi ricordate, ma assomiglia molto, adesso l'ho, l'ho riflesso in modo che abbia la stessa direzione, no? Al dito di Adamo, no? al dito di Adamo che sta per ricevere la vita da Dio nella creazione di Adamo, nel grande affresco di Michelangelo.
Guardate qui, se adesso sovrappongo a questa figura, vedete che le due mani si assomigliano tantissimo. Ecco, questo è stato un tributo che Caravaggio ha fatto a un grande che conosceva bene, perché era stato a Roma ed è... Caravaggio è successivo a Michelangelo, al grande maestro Michelangelo.
Beh, questo dal punto di vista artistico, ma come vi dicevo, anche dal punto di vista fisico, la luce ha fatto nascere e tenuto a battesimo le due colonne, le due pilastri della fisica odierna, fatti tutte e due nel 1900, la relatività e la meccanica quantistica. E come vi ho detto, si arriva a dire attraverso queste due teorie, queste cattedrali di conoscenza, che la realtà è molto molto diversa da come noi la immaginiamo. Sia per quanto riguarda lo spazio, sia per quanto riguarda il tempo, sia per quanto riguarda il comportamento delle particelle, della materia tutta.
Però la nostra storia parte un pochino prima, ha qualche assonanza con i nostri tempi. Arriva in 1665 la peste, la peste nera che colpisce Londra e tutta l'Inghilterra. Allora come oggi l'università di Cambridge chiude per evitare gli assembramenti. Per cui Newton torna nella casa di sua mamma a Walsthorpe Manor, questa qui è la sua casa, e ci sta due anni in completa solitudine. quasi solitudine.
Vedete la distanza è 150 chilometri da Cambridge a Wollstorp, suo paese natale, e sta rinchiuso lì e diciamo che invece di lamentarsi che cosa fa Newton? Fa tutto. Newton fa le tre leggi della dinamica, fa la legge della gravitazione universale e poi gli viene la curiosità, tanto che c'è... di calcolare le orbite dei pianeti ma per calcolare le orbite dei pianeti bisogna fare usare una matematica che allora non esisteva bisogna fare le derivate agli integrali per dire che allora non c'erano e cosa fa Newton?
se li inventa costruisce il calcolo differenziale perché era curioso un assoluto genio di quelli che appaiono... Uno in qualche secolo sulla faccia della Terra. Un assoluto genio, da solo, a 24 anni.
Neanche, 23 e mezzo. E, non contento di ciò, studia la luce e studia i colori della luce. E non contento di ciò, questo gli occupa meno della metà del tempo.
La maggior parte del tempo fa alchimia, facendo delle cose astruse e tenendole abbastanza nascoste, perché... L'alchimia anche allora non era ben vista. E che cosa studia, che cosa fa Newton?
Studia i colori perché si sapeva già che facendo passare un raggio di luce del sole attraverso un prisma, il prisma divideva a ventaglio la luce e faceva nascere i colori, i colori dell'arcobaleno. I sette colori dell'arcobaleno. non a caso sono stati battezzati anche lui quantificati da Newton. Perché? Perché sette erano i corpi celesti che si vedono muovere a occhio nudo nel cielo.
C'era questo richiamo. Ora, a quei tempi non si sapeva ancora che la luce bianca è l'insieme dei colori fondamentali, i sette colori. Si credeva...
che fosse merito o colpa del prisma il fatto di dare questi colori, cioè i colori alla luce erano fatti dal prisma. E quindi lui fa un esperimento schizzato in questo disegno di pugno di Newton, nei principi, credo, e fa passare... fa passare la luce del sole attraverso un primo prisma che li divide nei colori fondamentali.
Poi sceglie un colore, qui è il giallo-arancione, e lo fa passare attraverso un altro prisma e si accorge che in questo passaggio la luce rimane dello stesso colore. Conclusione, non è il prisma che dà il colore perché sennò l'avrebbe dato anche al secondo passaggio. È la luce che è fatta da tanti colori, è l'insieme di tanti colori.
E che cosa succede secondo Newton quando passa il prisma? E dice, la luce è in realtà fatta da tante particelle, da tanti corpuscoli, ognuno colorato in maniera differente. Quello che succede è che le particelle sentono la gravità del prisma, visto che aveva appena inventato lì la gravità, la usa subito, no?
Newton. E sono attratte dalla superficie del prisma. Però le particelle più veloci, che sono quelle rosse, che qui sono quelle più grandi, disegnate da me, no? Deviano di meno ed è per questo che la luce si scompone.
nei sette colori, perché le particelle hanno diversa velocità. Avere diversa velocità vuol dire essere deviate di più e di meno quando passano dal prisma ed ecco che io le vedo separate. Finché erano tutti insieme io vedevo bianco. Quando si separano io riesco a vedere tutti i colori. E cosa succede?
Quando la pandemia, la peste finisce, Cambridge riapre, Londra riapre, Newton diventa membro della Royal Society che ha delle riunioni periodiche e a quel tempo il segretario della Royal Society era Robert Hooke. Robert Hooke era probabilmente uno dei primi scienziati ad essere pagato per fare il proprio lavoro e quel lavoro era... di progettare degli esperimenti da fare quando c'erano le riunioni con gli altri scienziati del tempo alla Royal Society.
In una di queste riunioni Newton espone la sua teoria della luce con la luce fatta da particelle ed è presente Robert Hooke, che però... Robert Tuck era insieme ad Huygens, un scienziato olandese, e pensavano che la luce fosse invece fatta, fosse un fenomeno ondulatorio. E alla fine del seminario, alza la manina, Robert Tuck dice a Newton, sì sì, bella la tua conferenza, però io e Huygens pensiamo in un'altra maniera, pensiamo che la luce non sia fatta di particelle, ma sia fatta da onde. Non l'avesse mai detto. Newton se la lega al dito, non lo sopporta questa cosa.
E nello scambio epistolare che comincia tra i due c'è una lettera datata il 5 febbraio 1676 in cui Newton scrive a Hooke la frase che è diventata la più importante. diventata famosa, se io ho visto più lontano è perché sono salito sulla spalle dei giganti, che noi tutti prendiamo come un esempio di lungimiranza, di umiltà da parte di Newton. Peccato che Hooke era un nano e quindi la frase è uno sberleffo, una presa in giro di Newton verso Hooke. Poi nel 1703 Newton diventa presidente della Royal Society e proprio nello stesso anno Hooke muore.
Cosa fa Newton appena eletto? Innanzitutto toglie la paternità delle scoperte di Uck e dice che sono stati degli altri. Poi ordina che tutti i ritratti di Uck che c'erano nella Royal Society venissero presi, tolti e bruciati.
E da quel momento Uck è rimasto detto come lo scienziato senza volto. Perché non c'erano ritratti. E non c'erano ritratti, infatti nel 2003, che era il terzo centenario della morte, sono celebrazioni in Inghilterra e viene dato il lavoro ad una pittrice di ricostruire il volto di Huck secondo le piccole descrizioni che c'erano nei documenti dell'epoca.
E allora questa Rita Greer ha fatto questo ritratto. che è la faccia più probabile di Huck, ma insomma no, è una ricostruzione che abbiamo. Capito che tipino era Newton?
Il fatto è che probabilmente quando uno è geniale, il cervello è quello che è, è limitato. E probabilmente se uno è un genio assoluto in alcune facoltà, paga lo scotto di essere un pochino meno geniale nelle altre. Difficile trovare delle persone geniali. e completamente equilibrati, sono tutti un po'pazzi. Ci sono delle eccezioni, un'eccezione è Bohr.
Bohr era bravo in tutto, era bravo come papà, come nonno, come marito, come procacciatore di fondi, come salvatore di tanti tedeschi perseguitati dal nazismo, in tutto. Un altro che mi sembra molto equilibrato è il nostro nuovo premio Nobel, Giorgio Parisi, che è proprio bravo ed è molto eclettico. e io ho avuto la fortuna non di conoscerlo ma di ascoltare o di leggere degli scritti suoi, ha una logica che la metà basta, anche se ci mette qualche errore di grammatica ogni tanto, ma è un peccato veniale, ha una logica che uno si sente proprio schiacciato nella parete.
Vabbè, facciamo un salto. E nella diatriba la luce è fatta da particelle o la luce è un'onda. Nel 1801 c'è un esperimento di un fisico che si chiama Thomas Jung che dice ma guarda se io faccio passare la luce attraverso due fenditure succede proprio quello che succede quando c'è il molo che ha un muretto e magari c'ha due aperture. Allora le onde che arrivano passano attraverso le due aperture e si ridiffondono a semicerchio e si incontrano e quindi quando le onde si incontrano possono fare interferenza.
Cos'è l'interferenza? Sono due onde che si combinano. Onde vuol dire che è una cosa che oscilla e che va in su, va in giù, quando va in su abbiamo la cresta, quando va in giù...
abbiamo il ventre. Se avete due onde e le combinate in modo che le creste e i ventri combacino, avete due onde in fase e il risultato è avere un'onda più grande. Quindi avete un'interferenza costruttiva. E'il motivo perché ogni tanto, ogni 7-8 onde, vedete un'onda più grande che arriva.
Anche normale. Questa è un'onda da 20 centimetri e dopo un po'che aspettate in riva al mare arriva un'onda che è più grande. Questa qui ha fatto interferenza costruttiva.
Ma se invece le creste combaciano con i ventri, il risultato è che si azzera tutto. E quindi avete un'interferenza distruttiva. Quindi qui vedete più luce e qui vedete zero luce, vedete buio.
E questa è una particolarità tipica che hanno le onde, c'è poco da fare. Quindi questa, della doppia fenditura, dovrebbe essere l'esperimento che convince tutti che effettivamente l'onda è un fenomeno oscillatorio, cioè la luce è un'onda, è un fenomeno oscillatorio. Ma ancora a quei tempi resisteva la grandissima autorità di Newton che faceva non aderire a queste teorie, a queste prove, a queste evidenze scientifiche una grande quantità di scienziati.
Questo è un altro esempio della luce che passa attraverso due fenditure, qui si divide, queste due parti interagiscono tra di loro facendo interferenza sia costruttiva che distruttiva, quindi avete una serie di chiari e di scuri. Poi arriviamo a metà del 1800 quando arriva un altro genio che si chiama Maxwell. Se Newton aveva unificato con la gravità, con la legge di gravità, le cose che succedono sulla Terra e le cose che succedono, per esempio, tra la Luna e la Terra, quindi aveva unificato le cose umane con le cose divine, perché allora si pensava che i pianeti fossero attaccati dalle sfere che Dio girava direttamente.
Invece Newton dice no, è la stessa forza, la forza di gravità, che fa funzionare la caduta della mela, dal melo, e il fatto che la Luna gira intorno alla Terra, e quindi anche tutti i pianeti e così via. Quindi è il primo grande unificatore. A quei tempi era una mica poco, voleva dire far arrivare un po'più in là il regno dove la religione poteva dominare e farlo invece fonte di indagine, oggetto di indagine alla razionalità scientifica. Ecco Maxwell che cosa fa? A quei tempi c'erano...
I fenomeni elettrici, per esempio, prendete un bastoncino di ambra o di ceralacca e lo strofinate e vedete che riesce ad attirare dei pezzettini di carta, delle cose piccoline. E l'elettricità, il nome, viene proprio dal nome greco di ambra. L'ambra si chiama electron in greco e da qui elettrone, elettricità e così via. Oppure prendete una calamita e potete attirare pezzettini di ferro, la limatura, quello che volete. Anche qui calamita o magnetismo, diciamo magnetismo viene da una regione, credo in Asia Minore, dove era molto facile trovare delle pietre magnetizzate e questo posto si chiamava magnesia, una cosa del genere.
E attraverso lo studio di queste cose Maxwell... riesce a unificare queste due classi di fenomeni. Il mondo elettrico e il mondo magnetico, dice Maxwell con le sue equazioni, sono due facce della stessa cosa. Si può fare uno a partire dall'altro, si può generare campo elettrico a partire da una variazione del campo magnetico e così via.
Quindi sono parte dello stesso mondo. È il primo che lo dice e fa queste quattro equazioni che avete visto prima, che si fanno a fisica 2. Io ho fatto fisico, quindi ho dato l'esame di fisica 2, me le sono sognate per tre anni queste qui. C'era il professore che me le chiedeva e ovviamente io non sapevo rispondere, quindi era un incubo della mia età universitaria. Vabbè, insomma, dopo me ne sono fatto una ragione, adesso più o meno potrei descrivervele.
E soprattutto posso dirvi questa cosa che... Maxwell ha avuto come premio di aver fatto, sistematizzato tramite l'esecuzione dell'elettromagnetismo, ha avuto un premio grosso. Perché? Perché si è accorto di una cosa, che quando fate variare un campo elettrico, generate un campo magnetico, anche lui variabile. E quando fate variare un campo magnetico, questo qui genera un campo elettrico.
anche lui variabile, che genera un campo magnetico, che genera un campo elettrico, che genera un campo magnetico e così via. Ma questo fenomeno... Non è stazionale, non può rimanere lì. Queste variazioni si devono per forza propagare.
Ed è stato capace Newton di calcolare la velocità di propagazione di questo scambio elettrico-magnetico-elettrico-magnetico. E gli è venuta una velocità di 300.000 km al secondo. E ovviamente ha detto che cosa c'è d'altro che va a 300.000 km al secondo?
È la luce. E lì ha capito quindi che la luce era un'onda elettromagnetica, dal fatto che aveva trovato per la velocità di queste oscillazioni la velocità della luce. E aveva fatto 2 più 2 e ha detto beh ma allora la luce non è altro che un'oscillazione del campo elettromagnetico. Quindi, come tutte le oscillazioni, sarà assorbita o prodotta, si pensava allora, da degli oscillatori, da campo elettrico che varia, campo medico che varia, ci deve essere qualche cosa che oscilla.
E allora si pensava, tutte le onde che conosco sono le onde sonore, le onde marine, le onde sonore cos'è? Sono onde di pressione dell'aria. Le onde del mare sono onde dell'acqua, quindi si pensava che ci vuole un mezzo per far propagare le onde.
Quindi le onde elettromagnetiche, si pensava allora, si devono propagare per forza in un mezzo, che hanno chiamato a quei tempi etere. Veniva da questa similitudine, le onde che si conoscevano allora avevano bisogno di un mezzo per propagarsi. Notate anche un'altra cosa che è importante per quello che vi devo dire, è che l'oscillazione, quindi questa è un'onda, e questo che vi disegno qua è il campo elettrico che va su, giù, su, giù, eccetera.
E quello che si credeva è che l'energia trasportata dall'onda, no? Era nient'altro che il quadrato di questo campo elettrico. Quindi quando il campo elettrico aveva un'oscillazione grande, avevate un'intensità più grande, più energia. Quindi la forza di un'onda, l'intensità, l'energia di un'onda si pensava essere collegata all'intensità di quell'onda stessa. Cioè alla...
campo elettrico che aveva un'ampiezza di oscillazione più grande. Pensate al pendolo, no? Se ha un'oscillazione più grande, la sua energia è più grande.
Perché se state nel mezzo, vi viene addosso la massa alla fine del pendolo con una velocità maggiore. Quindi dovete stare attenti. Se invece l'oscillazione è minore, l'energia del pendolo è minore.
Potete fermarlo con la mano. Va bene? Quindi si arriva alla fine del 1800 dove la scienza vive un periodo di euforia micidiale perché sembrava che tutto fosse spiegabile attraverso questi tre grandi che simboleggiavano altrettanti argomenti. C'era la gravità e le tre leggi della dinamica fatte da Newton, l'elettromagnetismo fatto da Maxwell e il fatto che tutta la... la realtà era fatta da Atomi principalmente fatta da un altro grande di cui non vi ho parlato che era Boltzmann Quindi attraverso questi tre pilastri si credeva di poter spiegare tutto.
Era il periodo della rivoluzione industriale, delle macchine termiche, del fatto che la scienza stava studiando e stava indirizzando il grande sviluppo economico di quel tempo. Per questo c'era così tanta euforia, ma sul serio. Si pensava che se noi avessimo conosciuto la posizione e la velocità di tutte le particelle che compongono un certo fenomeno, si poteva predire tutto quello che sarebbe successo dopo, tutto il futuro, ma si poteva anche sapere, andando indietro, tutto il passato. Si pensava che quindi la realtà fosse completamente deterministica, magari è difficile sapere la velocità e la posizione di tutte le particelle, ma è un fatto così, non è un fatto di principio. Se noi lo sapessimo, o se avessimo un sistema abbastanza piccolino, potremmo sapere tutto.
Quindi la scienza, si credeva, può spiegare tutto, tanto è vero che c'erano dei scienziati che dicevano, beh ma allora non c'è più niente da fare, quanto è importante, bisogna fare i dettagli, bisogna fare le terze cifre decimali, non c'è più niente da scoprire, abbiamo scoperto tutto, è un po'pessimistica anche come cosa. Ma la sorpresa era dietro l'angolo e proprio verso la fine del 1800, 1895, 1896, 1897, viene fuori un problema. All'apparenza e all'inizio questo problema sembrava una cosa innocente.
Si diceva che tutti i corpi, anche noi, emettiamo radiazione. E... E c'è un corpo che è speciale, bravissimo ad emettere radiazione, che per paradosso si chiama corpo nero. Voi dite, beh ma nero? Nero vuol dire mancanza di luce, no?
E invece il corpo nero in fisica è il corpo che emette di più, è anche quello che assorbe di più, ed è per questo che lo chiamano nero. Ma se ci pensate... corpo che assorbe la luce che gli viene incontro e non la riemette tutta potrebbe diventare sempre più caldo, sempre più caldo fino a disgregarsi.
Questo non succede perché il corpo è capace di riemettere tutto quello che gli va addosso. Io sono colpito da quel faro là. E quel faro là è produttore di luce visibile.
Io però sono a 36,5 gradi centigradi ed emetto come un corpo ad una certa temperatura. La mia emissione però non è in luce visibile, è in infrarosso. Infatti nei telefilm vedete quelli che si mettono gli occhialini per vedere i corpi caldi tra cui le persone in infrarosso. Tutto quello che ci circonda emette radiazione e la emettiamo con una legge particolare. Vedete, qui c'è la quantità di luce che viene emessa, questa è la lunghezza d'onda, vedete questa struttura campana?
Questa si riferisce al corpo nero più perfetto che conosciamo, che è il residuo del Big Bang. Il Big Bang è un periodo in cui tutto era concentrato in poco spazio, la temperatura era grandissima, tutto era molto concentrato e caldo, poi l'universo si è espanso, però la radiazione che c'è stata allora vive ancora oggi. Siccome l'universo si è allargato tantissimo, la lunghezza d'onda di questa radiazione originaria si è stirata fino a diventare l'equivalente di una temperatura di circa 3 gradi.
O attraverso questa punta di dito dell'indice Passano circa 300-400 fotoni al secondo che provengono dal Big Bang. Qualcuno di voi si ricorderà le televisioni col tubo catodico, no? Non quelle con schermo piatto, quelle di prima. E si ricorderà che quando non erano sintonizzate c'era l'effetto neve, no? Queste cose bianche con i puntini neri, eccetera.
Il 4-5% di quelli puntini che vedevate erano dovute alla radiazione di fondo, fotoni che sono stati fatti all'inizio del tempo, nel Big Bang, che hanno 13,8 miliardi di anni. Nessuno lo sapeva allora, ma tutte le televisioni nostre erano dei rivelatori di radiazione di fondo. Quindi questa curva ha un andamento particolare che è stato scoperto da Max Planck, che per questo vincerà il Nobel anni dopo e per questo diventerà famoso. Però nessuno riusciva a spiegarla a quei tempi, nessuno. C'è riuscito, dopo un grande sforzo...
Max Planck che ha detto, insomma, se è una cosa oscillante, devo studiare degli oscillatori. E che cos'è l'oscillatore più semplice che mi viene in mente? Un pendolo, no? L'energia di un pendolo, come vi ho detto, e c'è scritto lì, dipende da quanto ampia è l'oscillazione.
Pensate a quanto in mezzo, se l'oscillazione è grande, ha più energia cinetica e così via. Però è anche vero che invece le oscillazioni del pendolo non dipendono dall'ampiezza dell'oscillazione. E pensate che questo l'aveva scoperto Galileo andando a messa. Si vede che il prete non era poi così grande e interessante nelle sue prediche, perché Galileo si distraeva e guardava delle incensiere che pendevano dal soffitto legate al soffitto con delle lunghe catene. E ovviamente se c'era un po'di vento queste incensiere oscillavano.
E si era accorto, domenica dopo domenica, che il periodo di oscillazione, quante oscillazioni facevano al minuto, non dipendeva dall'ampiezza delle oscillazioni. Sia che oscillassero piano piano, sia che facessero delle grandi oscillazioni, il periodo era sempre lo stesso. E voi mi chiederete, ma se non c'erano gli orologi, com'è che ha fatto? a dimostrare questa cosa.
Ha usato il suo cuore, le pulsazioni del suo cuore, 60 al minuto, e con questo ha misurato i battiti, le oscillazioni del pendolo, e ha dato il modo per fare l'orologio a pendolo. Vabbè, questa qui è una curiosità. Quello che dice Planck, al contrario dell'intuizione, ecco qua che... cominciamo a deviare dal senso comune, è che Noi pensiamo che piano piano le oscillazioni tramite l'attrito diventino sempre più piccoline e che l'energia del pendolo quindi piano piano diminuisca, ma diminuisca in un modo continuo. E Planck per far funzionare la sua equazione, per spiegare...
come si disponeva il corpo nero, dice invece no, non è vero che è continuo, va a salti. L'energia del pendolo non varia in modo continuo, ma fa dei salti. I salti sono piccoli, è per questo che io non me ne sono mai accorto prima, guardando un oggetto macroscopico, però è a salti.
Quindi da 400.521 va a 4.000 e meno 1 l'energia a salti. Questo era un concetto completamente astruso e nuovo per la fisica. Planck non ci crede, neanche lui.
Planck è il campione della fisica classica, è il più classico dei fisici classici. E dice che è stato portato a pensare questa cosa per disperazione dopo quattro anni che faceva... di tutto per spiegare l'emissione di corpo nero. E con questa ipotesi, Zuckert al primo colpo riesce a fare un'equazione che spiega benissimo l'emissione. Ha sempre la speranza che questo sia stato solamente un artificio di calcolo matematico che con il progredire della conoscenza, no?
andasse via, in modo che quella costante lì, quell'H lì, che adesso è chiamata costante di Planck, andasse a zero, in modo che l'energia non facesse più salti. L'energia che io posso scambiare è un multiplo di questa cosa qua. La costante di Planck è un numero molto piccolo e la frequenza della radiazione. È come se fosse un centesimo di euro, no? Se vuoi aumentare la tua energia, la vuoi aumentare di mezzo centesimo?
Non puoi. Dimmi tu, ne vuoi uno, ne vuoi due, ne vuoi tre di centesimi di energia. È così che funziona, che deve funzionare. Nella mente di Planck poi, per salvare il salvabile, dice beh ma non è la luce che è fatta a centesimi di euro.
È l'assorbitore, l'oscillatore che accetta soltanto di assorbire a salti. Ma la luce è continua, la frequenza delle cose è continua. Questo dura cinque anni, questo pensiero. Adesso va? Speriamo di non far che...
Dura cinque anni quando sulla scena compare l'altro genio assoluto, l'altro mito e leggenda che è Einstein. Einstein nel 1905 ha 26 anni e lavora all'ufficio brevetti di Berna, lavorando otto ore al giorno per sei giorni alla settimana perché si lavorava anche a sabato. Deve appunto giudicare i brevetti. Non è stato preso da nessuna università, anche se lui ha chiesto a tutte le università tedesche, svizzere, austriache e così via. Nessuno l'ha preso, probabilmente perché le lettere di referenza scritte dai suoi professori non erano molto buone.
Einstein, quando era al liceo, abborriva la scuola tedesca, però era sempre quello seduto all'ultimo banco, che sempre sapeva tutto con il sorrisino, proprio faccia da sberle, era antipatico. Dall'altra parte i professori erano assolutamente formali e Einstein in matematica e fisica ne sapeva più di loro, quindi insomma era, tanto è vero che scappa dalla Germania. va prima in Italia e poi va a studiare in Svizzera.
Appena va là si innamora di una compagna di classe, Mileva Maric, che poi sposerà. Vabbè, nel 1905 senza nessuna avvisaglia dell'esplosione di creatività che sta esplodendo fa sei lavori. Uno più bello dell'altro, di cui almeno due, due e mezzo meriterebbero il premio Nobel, che effettivamente prende per il primo di questi lavori.
Nel 1905 Einstein fa la relatività speciale. Cambia la nostra idea di tempo e di spazio, ma non prende il Nobel per questo lavoro fondamentale, lo prende per un altro lavoro più difficile da descrivere, difficile da far proprio, da crederci, che adesso vi dico, che viene giudicato il lavoro primo fondamentale che inizia la meccanica quantistica. Si tratta dell'effetto fotoelettrico, nome astruso, ma si tratta solamente di sapere cosa succede quando della luce va su una piastra di metallo.
Abbiamo una lampadina, un faro, quel faro lì, io ho del metallo e vedete quello che succede. Quello che succede è che voi vi aspettate che se la luce è molto forte, se l'intensità è grande, cosa vuol dire? Campo elettrico.
che va su e giù con un'ampiezza grande. Il campo elettrico prende l'elettrone di superficie di un metallo e il campo elettrico lo accelera, questo elettrone, e lo può accelerare tanto che viene sbalzato via dalla superficie. E se io ho un rivelatore di elettroni che sbalzano via, devo misurare qualcosa.
E quello che succede è che se la luce è rossa, Posso anche aumentare l'intensità, faccio 100 watt, faccio 200 watt, faccio 1000 watt di luce rossa, di elettroni non ne misuro neanche uno. Ma se la luce non è più rossa o della luce blu, anche se lì c'è 10 watt, tacchete, vedo gli elettroni sbalzare via. E se aumento il wattaggio, se invece di 10 watt uso 1000 watt, Non è che gli elettroni sbalzano via con più velocità, come uno si immagina, perché il campo elettrico lo tira di più.
No, sbalzano via più elettroni, ma tutti con la stessa energia. Questo era incomprensibile dal punto di vista classico. Nessuno era riuscito a capire il fenomeno. Arriva Einstein e dice, beh ma perché? Se Planck ha ragione, la luce non è vero che è fatta da un'onda, non è vero che è un'oscillazione del campo elettrico, ma è fatta da corpuscoli, da particelle.
Ognuna di queste particelle ha un'energia che è proporzionale alla frequenza e la costante di proporzionalità è proprio la costante di Planck, quell'H lì. È piccolina, quello che volete, però è la luce che è fatta a quanti? È la prima volta che si parla di quanti.
È la luce che è fatta a particelle discrete. E in questo modo spiegare questo fenomeno è facilissimo. Quando ho dei fotoni da rossi, che hanno una frequenza rossa, O che ogni fotone ha un'energia definita, che non è sufficiente a sbalzare via gli elettroni dalla superficie. Io posso anche aumentare il numero di fotoni, aumentare il numero di proiettili, ma se i proiettili non hanno abbastanza banane per scalzare l'elettrone, nessun elettrone sarà sbalzato perché il fenomeno è sempre uno a uno.
Non è che l'elettrone vede due fotoni che gli vengono addosso, ne vede uno solo alla volta. E quindi è chiaro che io non riesco a estrarre nessun elettrone, qualsiasi sia l'intensità di luce che incide sulla piastra. C'è invece O della luce blu Anche se ne ho pochi, quei pochi che ho, se l'intensità è poca, vabbè, ma tutti quei fotoni lì, anche se sono pochi, hanno un'energia sufficiente a sbalzare l'elettrone.
E quindi l'elettrone può lasciare la superficie. Se poi aumento l'intensità, vuol dire che aumento il numero di fotoni. Quindi aumento gli scontri, quindi aumento gli elettroni. Ma tutti hanno la stessa energia di prima.
Ho soltanto aumentato il numero perché ho aumentato il numero di scontri. In questo modo lui non è che spiega solo il fenomeno, capite, con grande semplicità. Non fa solo questo Einstein.
Einstein dice che la realtà è diversa da quello che ci immaginiamo. La luce non è un'onda. La luce è fatta a proiettilini, a quanti.
La luce è discreta. nonostante tutto quello che era stato scoperto fino a quei tempi nonostante la interferenza nonostante l'esperimento delle due fenditure Einstein capovolge completamente il quieto vivere dei fisici classici dell'epoca a 26 anni e per questo vincerà il Nobel nel 21 o 22 non mi ricordo più quando questo fenomeno sarà riprovato e riprovato tante volte perché non ci credevano mica gli altri. Lui, Einstein, continua a lavorare all'ufficio Brevetti fino al 1909 e dopo due anni, dal 1905, comincia a preoccuparsi. Nel 1907 dice, ma qui nessuno si è accorto di quello che sto dicendo.
Era cosciente di aver detto delle cose. Lui chiama rivoluzionario questo articolo dell'effetto fotoelettrico e ha ragione. è ancora più importante della relatività. Hanno fatto bene dagli nobili per questo, perché sconvolge di più il nostro sapere. Dopodiché arriva sulla scena un francese, si mancava un francese nella storia, lui De Broglie, credo che si dica De Broglie, anche se in realtà la sua famiglia veniva, era emigrata da Broglia, nel Piemonte in Francia, quindi aveva antenati italiani.
E'un tipo anche lui geniale, si laurea a 18 anni con la prima tesi in storia e diritto. Dopodiché ha un fratello maggiore che fa lo scienziato fisico che lo convince a studiare anche lui scienza. Lui comincia, si prende gusto. e in pochissimo tempo si laurea anche in fisica.
Però sta per iniziare il dottorato e scoppia la guerra. E scoppia la guerra e lui fa per cinque anni nell'esercito quello che deve captare i segnali dei tedeschi usando l'antenna che era sulla sommità della Turifel. e per cinque anni fa quel lavoro lì, da soldato. E poi è finita la guerra, ricomincia, fa la tesi di dottorato ed è come supervisor Paul Langevin che è molto perplesso.
Non riesce a capire se il suo studente è un fanfarone o se è geniale. E allora si fa dare una coppia della tesi nel 1923 e nell'indecisione la manda da Einstein. per avere un giudizio.
Einstein la legge e dice, no no, che fanfarone, questo è geniale, e ha alzato un lembo del grande velo, dice Einstein. Che insomma, se avessi un complimento così da Einstein, ho alzato un lembo del grande velo, mi sono avvicinato alla realtà vera. a quello che succede ho fatto un bel esercizio capite?
ed è vero cos'era l'idea nella sua semplicità cosa dice De Broglie? dice, vabbè, qui mi avete detto che quello che si pensava fossero onde in realtà sono particelle sei stato tu Einstein a dirlo ma vuoi vedere che succede anche il contrario? che quelle che penso siano particelle sono invece onde, sono descrivibili come onde. E con questo pensiero fa la sua tesi, trova una formula, vabbè per chi è dentro questa cosa, questa qui è proprio banale la cosa, qui c'è la costante di Planck, questo qui è la massa per la velocità e questa è la lunghezza d'onda. A parte quello, comunque lui dice come idea, che le particelle possono essere onde.
Alla discussione del dottorato che avviene l'anno dopo, 1924, i luminari della fisica classica che siedono nella commissione gli chiedono vabbè, caro quasi dottor Broglie, hai detto queste cose interessanti, ma come facciamo a sapere se hai ragione o no? Quali sono le conseguenze? E lui risponde tranquillo, Cosa che evidentemente non aveva scritto nella tesi.
E gli dice, guarda, ci sono due conseguenze. La prima è che io posso spiegare, con questa ipotesi semplice, perché nell'atomo gli elettroni hanno delle orbite, ma sono orbite, si dice quantizzate, sono a raggi ben distinti gli orbitali degli elettroni. Non possono stare in mezzo. Perché? Ma perché se gli elettroni sono delle onde, devono stare dentro la loro orbita con un numero intero di lunghezze d'onda, altrimenti non si chiudono e fanno interferenza e non esistono.
Non possono esistere. Supponete che ci siano tre lunghezze d'onda in un'orbita. Devono essere tre, non tre e mezzo, perché se è tre e mezzo non si chiude e qui c'è interferenza distruttiva.
Distruttiva vuol dire che va a zero, vuol dire che non c'è. E quindi gli elettroni lì non ci vanno, non ci sono. Quindi posso avere una lunghezza d'onda, due, tre, quattro, cinque, numeri interi di lunghezze d'onda.
E questo spiega banalmente perché l'arbitro, l'atomo ha le orbite quantizzate. Eh, ebbè, no? Non l'aveva pensato nessuno questo. Seconda conseguenza spettacolare.
Lui dice, vabbè ma se sono onde, abbiamo visto che le onde fanno, attraverso l'esperimento della doppia fenditura, fanno delle strisce parallele, ma non fanno soltanto due strisce in corrispondenza dei buchi, Ne fanno tante di strisce. Se invece fossero particelle, come questo marine che spara attraverso questi due buchi, io nel muro vedrei due fili di buchi distinti in corrispondenza di queste fenditure. Se invece faccio passare delle onde, le onde fanno interferenza costruttiva e distruttiva e quindi ho questo pattern di chiari e scuri. Ma c'è di più.
Allora non lo sapevano, ma adesso noi possiamo fare l'esperimento facendo, questa è un'altra visualizzazione di quello che succede, facendo passare un elettrone alla volta attraverso questa doppia fenditura ideale. Non si usano doppia fenditura, si usano dei cristalli perché funzionano da, hanno una struttura regolare che funziona da aperto-chiuso, aperto-chiuso e così via. Comunque, facendo passare un elettrone per volta...
L'elettrone forma queste frange di interferenza, queste frange dove l'elettrone sbatte contro lo schermo. Il che fa pensare, ma come? Ma è appena detto che io posso fare questa roba soltanto se ho un'onda. Ma poi quando si sbatte contro lo schermo l'elettrone non è un'onda, si vede proprio il puntino dell'elettrone che...
e colpisce lo schermo, come se fosse una particella. Eh, sì, è così. È strano?
Sì. Si capisce? No.
Però è così. Adesso vado un po'più avanti perché qualche cosina si capisce, però insomma no. Quindi cosa vuol dire? Vuol dire che l'elettrone è? è scritto come un'onda, interagisce con se stesso, perché se funziona l'interferenza facendo passare un elettrone solo una volta, vuol dire che a lui gli succede qualcosa di stranissimo, ma con se stesso.
È un'onda, sì, fa interferenza, sì, ma con se stesso. Vuol dire che l'elettrone passa da tutte e due le fenditure. Non sono due elettroni che fanno interferenza o comunque fanno qualcosa di strano tra di loro, no, è il singolo elettrone che deve passare attraverso entrambe le fenditure, dividersi, fare interferenza e poi magicamente ritornare come una particella quando impinge sullo schermo. Strano, no?
Bizzarrissimo. Si capisce? No.
La realtà non è come ci appare, no? Non è come ci appare. Allora, il primo grande mistero della meccanica quantistica è che, a quello che vi ho detto, quando devono interagire le particelle tra di loro, si devono comportare come un'onda. Tra l'altro non è... tra di loro è di un elettrone con se stesso però quando arriva lo schermo l'elettrone si comporta come una particella quindi cos'è sta storia?
è un'onda o una particella? E da qui nasce il dualismo, quello che negli studi, nelle discussioni, viene chiamato come dualismo onda-corpuscolo. Il secondo grande mistero. Se un elettrone deve passare attraverso due buchi, capite bene che non è una pallina o un pallone che descrive una bella traiettoria, descrivibile come una traiettoria.
È qualcosa di diverso, no? Dove è passato l'elettrone? Dalla fenditura A o dalla fenditura B o attraverso tutte e due?
Attraverso tutte e due. Siamo obbligati a deporre le armi e dire che non c'è più il concetto nella fisica delle particelle elementari di traiettoria. Non la posso più descrivere come una cosa unita che...
assume delle posizioni differenti a seconda del tempo, non è più così vabbè, terzo grande mistero vi ho detto che l'elettrone fa queste frange di interferenza eccetera, no? che sono però estese non corrispondono solo alla direzione sorgente buco e schermo possono essere anche in diversi punti quindi grazie Quindi se voi sparate un elettrone e vi chiedete bene io scommetto che arriverà qua vincete sempre no perché può andare qui o può andare là con un certo grado di probabilità se voi sparate un milione di elettroni uno alla volta allora sì potete dire il 10% è andato qui il 20% in mezzo il 10% all'alto e così via ma capite bene che è una cosa probabilistica. Voi non potete sapere che cosa farà il singolo elettrone. E anche questo, prima vi ho detto, no?
Se io sapessi la posizione e la velocità di tutte le particelle, potrei predire il futuro e sapere tutto il passato. Non è più vero. Adesso c'è un concetto di probabilità.
Da determinismo assoluto si passa a probabilità di quello che succede. Va bene. e per andare avanti nella nostra storia vi devo dire che appunto il 5 dicembre 1901 nasceva un grande genio che è Walt Disney che non c'entra ovviamente niente, è uno scherzo, nasceva Heisenberg anche, lo stesso giorno, lo stesso mese e lo stesso anno Werner Heisenberg, tedesco, anche lui un genio assoluto, precocissima eccetera C'era questo di particolare però. Allora, aveva un fratello maggiore, di poco maggiore, e il papà si divertiva a mettere in competizione tra di loro. Con questa educazione Werner Heisberg è cresciuto volendo vincere tutto a tutti i costi e considerando i colleghi o avversari, se volete, come nemici.
Cioè, lui voleva arrivare primo, sempre, comunque. probabilmente perché aveva avuto questa educazione dal padre. Però cosa succede? Succede che lui fa tante cose, si fa conoscere, è giovanissimo e si arriva al 1925, vedete lì 7 giugno, quindi lui è nato in dicembre, ha 23 anni e mezzo e succede che soffre tremendamente di raffreddore da fieno. E lì dove lui faceva la spola a quei tempi tra...
La Danimarca perché era assistente se volete di Bohr, Bohr è il più grande danese di quei tempi e Gottinga dove c'era un altro suo mentore che era Bohr e Bohr è Bohr però ad un certo punto soffre troppo e deve andare via. e sceglie di passare 15 giorni circa in un'isola sperduta che si chiama Elgoland, da cui il titolo del libro di Carlo Rovelli, che è questa roba qua, che è grande un chilometro quadrato, e la particolarità di questa isola è che non ci sono alberi. e quindi chi soffre di raffreddore da feno non c'è il polline e quindi sta meglio quando va alla locanda c'è la signora della locanda che lo guarda e dice mamma mia questo qui le ha prese tante anche perché era completamente tumefatto la faccia, però in qualche ora o giorno si ristabilisce tanto che lì da solo in solitudine riesce a pensare e riesce a fare una nuova versione di tutto quello che succede di bizzarrie...
dell'atomo e della meccanica quantistica attraverso uno strano procedimento di moltiplicazione che si inventa lui si inventa delle strane trabelle che adesso vengono chiamate matrici ma lui non lo sapeva queste robe qui delle strane colonne e lui inventa proprio un metodo per moltiplicare le colonne cioè queste tabelle con queste colonne e riesce a trovare tutti i risultati grazie che si conoscevano dalla meccanica quantistica. Quando torna a Gottinga, ormai ristabilito, c'è Born che gli dice ma Werner, ma tutti sanno che queste sono le matrice, tutto quello che hai fatto è il calcolo matriciale. Ma allora i fisici in generale non sapevano, non gli veniva insegnato. Adesso si insegna al primo anno le matrice e così via. Ma allora...
e quindi la sua quantistica che prende il nome di meccanica matriciale è molto ostica, perché nessun fisico comprendeva le matrice, però i pochi che la comprendevano si erano accorti che poteva predire i risultati bene. Quindi lui, tutto inorgogliosito da questo risultato, pensa che la sua matrice è una matrice, ma non è una matrice, ma è una matrice. Chiodo fisso, che è quello di dire, guarda che la realtà, la fisica non può descrivere tutto, la fisica deve descrivere quello che viene fuori da un esperimento, il risultato di un esperimento, quello che c'è in mezzo è come se non esistesse, noi non possiamo conoscerlo, ma non ci interessa. E quindi lui attacca frontalmente il concetto proprio di traiettoria, di quello che succede.
tra quando la particella è qui, viene rivelata qui e quando la particella viene rivelata là. Dice, io ti so dire che proprietà ha qui e che proprietà avrà là, ma non mi metto neanche a dirti o a studiare quello che fa in mezzo. Pochi mesi dopo c'è uno striaco che si chiama Erwin Schrödinger, quello del gatto, Dichiro Edinger, che verrà però molto dopo, che è un bel tipo. Allora, vedete che trova il suo risultato principale, che è l'equazione che porta il suo nome, nel 1926. Vedete che è nato nel 1887, quindi nel 1926 ha 39 anni.
Tutti quelli che vi ho detto prima avevano 24, 23, 24, 25 anni. Quando io ho fatto il dottorato, sono andato alla Sissa, che è una scuola di dottorato di Trieste perché l'ho fatto, ho cominciato nell'84 e non c'era ancora il dottorato in Italia, pensate un po'voi quanto sono vecchio. E tutti eravamo, cioè io almeno ero abbastanza vecchiotto e un po'depresso dal sapere che tutti i più grandi fisici del secolo prima avevano fatto la loro scoperta. a 23-24 anni, io ne avevo 27-28, quindi ero già fuori.
Ma l'unica consolazione era Schrödinger. Schrödinger ha fatto qualcosa di bello alla 39, e quindi c'è ancora speranza. Pensate che il capo della Sissa, della sezione astronomica della Sissa, era Danny Shama, astrofisico, cosmologo di fama internazionale. Pensate che è stato il supervisor di...
Hawking, Martin Rees, Penrose, Penrose non è stato supervisor però era collaboratore, roba grossa. Lui quando ha compiuto 30 anni ha dato una festa in Inghilterra, un party da Dio alla ricerca attiva, pensate che tristezza. E'uscito il trigger quindi era la nostra speranza.
Dovete anche sapere un'altra cosa carina di Schrödinger, è che lui aveva gli slanci creativi quando era innamorato, quando aveva un amante. Era sposato, sua moglie però aveva un amante anche lei, era un collega di Schrödinger, nello stesso istituto, erano amici, sapevano anche. E soppriva di una forma di tubercolosi leggera per cui tutti gli anni a Natale andava qui. in questo chalet nelle Alpi Svizzeri, che si chiama Frisia, in un paesino che si chiama Rosa, e quell'anno lì però, nel 1936, non ci va con la moglie con cui c'era stato gli anni prima, ci va con una sua ex. E qui i biografi si scatenano per sapere chi era l'ex, ma non lo sanno, anche perché non ce n'era solo una di ex, ce n'erano tante.
E lì, in questo slancio... amoroso creativo fa la sua equazione che è diventata famosissima che è l'equazione d'onda della meccanica quantistica tutto nasce ancora da de broglie c'è lui che ha dato un seminario perché ha letto la tesi di de broglie e la sta spiegando ai suoi colleghi e c'è uno di questi che gli dice sì vabbè de broglie poverello però c'è grandi idee eccetera ma se le particelle sono e onde devono essere descritte da un'equazione d'onda. E dov'è questa equazione d'onda? Non c'è.
Allora questo gli ha messo la puccia nell'orecchio e ha detto, va bene, ci provo io. Era bravo, eh, Schrodinger, nel tempo libero. E dice, vabbè, se è un'onda, no?
Il primo problema è, vabbè, è un'onda, un'onda di che? Un'onda di cosa? È un'onda di materia?
È un'onda di materia sbriciolata? È un binario dove la materia può scorrere, che va su e giù? Che cos'è quest'onda?
Siamo abituati a onde sonore, a onde del mare, no? Questa è l'aria, questa è l'acqua, ma nel caso della meccanica quantistica, che cos'è questa onda? E lui dice, decide di dire, questo lo decidiamo dopo, chi se ne frega per ora, no?
Io dico che questa è una funzione d'onda, una generica funzione d'onda. Adesso ti trovo l'equazione. E la trova. e la trova, grande successo, e però rimane il problema di capire che cos'è questa funzione d'onda.
E qui entra in scena ancora Max Born, lo stesso che aveva detto ad Heisenberg, ma guarda che queste sono matrici, che dice guarda che l'equazione, che questa strana psi, o psi è il nome internazionale, di tutti gli scienziati del settore che descrive la funzione d'onda. Se andate su un tram e vi sentite dire ma hai trovato la miltoniana della tua psi? Sapete che stanno parlando di meccanica quantistica.
Ma tutti proprio, in tutto il mondo, psi. In inglese è psi, ma va bene, psi. E lui dice che il quadrato di questa quantità descrive niente di meno che la probabilità di esistere di una particella nel punto, in un dato punto, qua per esempio, ad un dato tempo. E però questa cosa è una cosa tridimensionale, occupa tutto lo spazio, quindi una particella ha una probabilità... Maggiore di zero, insomma, quindi un po'di probabilità di esistere dappertutto.
Tra l'altro, siccome è tutta sparsa, non c'è mai una probabilità uguale a uno, quindi la certezza che la particella sia lì. È come se fosse sparpagliata in un grande volume di spazio. Ora, ognuno, io penso, è libero di immaginarsela questa funzione qua. Siccome è libero, io vi do la mia idea, che è quella proprio di una roba che sa di extraplasma, di una roba che fluisce, fluida nel tempo, che però quando interagisce con il rivelatore, con lo strumento, zacchete, diventa un punto. Tra tutte le varie possibilità della particella di esistere qua, di esistere là, di esistere qua...
Quando colpisce un rivelatore dice io sono, vorrei dire io sono io, mi chiamo Giorgia e sono una particella. Questo fenomeno richiede che la... funzione d'onda che era tutta bella sparsa nello spazio, tacchete, diventa, collassa e fa diventare visibile la particella in un certo punto.
Solo che voi se rifate l'esperimento con la stessa particella, nelle stesse condizioni, con lo stesso rivelatore, la particella dopo... Vi va là, mica qui, va da un'altra parte, dove c'era un po'di probabilità di esistenza e così via. Se voi fate l'esperimento con milioni di particelle, ricostruite questa, se volete, superficie del mare. La particella può essere dappertutto.
Attenzione, non è che noi non sappiamo dov'è. E lei si palesa in un certo punto quando la facciamo interagire. Però la particella era lì.
Siamo noi che non sappiamo dov'è. Non è così. Se no, quando passa attraverso le due fenditure, non potrebbe interagire una parte con se stessa. La particella è sparsa.
Non è colpa nostra che non sappiamo dov'è. Sicuramente la sua esistenza è distribuita con varie probabilità, eccetera. E questo è duro da digerire.
Si capisce perché? No. Però è così, altrimenti non potete spiegare il passaggio attraverso la doppia fenditura.
Che Feynman diceva è il vero mistero, è l'unico mistero della meccanica quantistica. Feynman, grandissimo fisico della... 1950 in poi. Va bene, stiamo arrivando quasi alla fine, abbiate coraggio. Allora, c'è un'altra situazione che è addirittura abbastanza imbarazzante, che la meccanica quantistica dice, ma guarda che una particella in certe situazioni può avere due proprietà, no?
Per esempio, ha una certa proprietà magnetica, gli elettroni hanno una certa proprietà magnetica, che non è vero, però si può immaginare come se l'elettrone ruotasse. Questo è palesemente falso, perché l'elettrone è una particella elementare, e nessuna particella elementare è una pallina che ruota, però se l'immaginiamo così, Possiamo intuire perché abbia un po'di campo magnetico. Perché? Perché è una carica che gira, come se fosse una spira che gira e forma quindi un campo magnetico. Se non lo sapete ve lo dico io, se avete della corrente che spiraleggia in un filo, si nasce un campo magnetico.
Ora però, la particolarità è che questa cosa che in gergo viene chiamata spin, che in inglese vuol dire trottola, pensa che giri eccetera, il senso di rotazione può essere o orario o anti-orario, quindi lo spin può essere o in su o in giù. Quello che succede però è che se voi avete una particella che può avere lo spin sia giù e sia su, non è che lei ce l'ha o su o giù, lei ce l'ha tutte e due. Fino a quando non la misurate, lei possiede entrambi gli spin, con una certa probabilità.
Non è colpa nostra che non sappiamo che cosa fa, è lei che ce li ha tutte e due. Ora, questa cosa è difficilissima da ingurgitare, ma io vi faccio un esempio. Ora, ognuno di noi, penso... Ha una parte buona e una parte cattivella.
E ce le ha contemporaneamente dentro di sé. E quando interagiamo con qualcuno, questo qualcuno ci fa tirar fuori la rabbia dentro di noi, oppure la bontà dentro di noi. Reagiamo a questo facendo emergere una delle due parti. Per le particelle è una cosa molto simile. Loro sono sia buone che cattive, sia rosse che blu.
sia spini giù che sia spini su, e quando interagiscono decidono cosa essere. Solo quando interagiscono. Quindi le particelle sono sia buone che cattive.
Ora andiamo verso la fine dicendo che... C'è un altro tassello importante, uno dei più importanti, che proviene dal giovane Heisenberg. Il giovane Heisenberg continua a macinare dentro di sé il fatto che i fisici alle prese con la funzione d'onda di Schrödinger si sentivano più a proprio agio.
E quindi una maggior parte dei fisici decide di seguire quella strada invece che la enigmatica. meccanica matriciale che aveva inventato lui. Questo qui gli rode un po'. Decide di affrontare il problema e si fissa sul problema della traiettoria che aveva in testa. Dice, ma come la funzione di Schrödinger è proprio una cosa che descrive che cosa dovrebbe fare la particella andando da qui a là.
E quindi è vicina all'idea di traiettoria che io aborro. E poi... Ci sono degli esperimenti recenti che attraverso la camera nebbia, che è questa cosa qua, la camera nebbia è una scatola con un vetro davanti in cui c'è del gas sovrassaturo e quando passa un raggio cosmico, una particella molto veloce, è capace di ionizzare lungo la sua traiettoria gli atomi che diventano centro di condensazione. della nebbia, quindi si vedono delle goccioline e quindi sembra proprio di vedere delle traiettorie, queste qui no? Per queste qui sono un problema per Heisenberg, ho tutto quello che ho pensato quindi non è giusto.
E poi pensa che ti ripensa e dice, però in realtà se guardiamo bene non è una cosa continua, quello che è sono è una descrizione. grossolana di dove è la particella perché queste cose di condensazione sono delle nobe enormi rispetto alla particella poi ci sono anche i buchi e quindi poi il fenomeno della traiettoria è un'approssimazione della realtà deve essere un'approssimazione e allora a quel tempo siamo nel febbraio 1927 quindi al riparo dai raffreddori da fieno Heisenberg a quel tempo viveva qua nella soffitta dell'istituto di Bohr a Copenhagen, proprio qua. E era riduce da due settimane estenuanti di discussione con Schrödinger e Bohr, che l'avevano spostato, finalmente era rimasto da solo perché Schrödinger era andato in America a fare dei seminari e Bohr era andato in Norvegia in vacanza.
E proprio in quel periodo... Fa una passeggiata nel parco dietro all'istituto e all'illuminazione. Torna alla sua soffitta, fa dei conti e trova che il principio, quello che va sotto i nomi, di principio di indeterminazione di Heisenberg, che è uno dei capisaldi della meccanica quantistica.
Cosa dice sta roba? Allora, dice che prendiamo la posizione e la velocità di una particella. Lui dice, vabbè, lui trova che misurando la posizione bene di una particella, misurare bene la posizione della particella implica pagare un conto, pagare lo scotto.
E questo conto è che immediatamente non puoi sapere bene la velocità della stessa particella. E al contrario, se vuoi sapere bene la velocità di una particella, allora ti è preclusa la cognizione della sua posizione, con assoluta certezza. C'è sempre un errore inerente e più errore, meno errore fai su una quantità e più sei obbligato ad ammettere che più ne fai nell'altra.
Quindi, se puoi sapere bene la velocità... di una particella, allora non sai la posizione. Se vuoi sapere bene la posizione, allora non sai bene la velocità.
E un'altra coppia di quantità è l'energia e il tempo. Vuoi sapere benissimo l'energia di una particella? Allora non saprai bene per quanto tempo la particella ce l'ha.
Vuoi sapere bene il tempo per cui vive una particella? Allora non puoi sapere bene quanta energia ha. so che sembra un po'astruso, ma lui stesso fa un esempio per chiarirsi.
E'bravo, era un bravo didatta, è un bravo divulgatore Heisenberg. che è quello di microscopio, che da allora viene chiamato microscopio di Heisenberg. Dice, supponiamo di avere una particella e io la voglio guardare con un microscopio. Cosa vuol dire guardarla con un microscopio? Vuol dire che devo raccogliere della luce da questa particella.
Vuol dire che devo mandare dei fotoni in modo che interagiscono con l'elettrone e che il fotone viene deviato e entra nel microscopio. Ma se la particella è molto piccola, e quindi voglio sapere bene la sua posizione, non posso usare un fotone grosso, cioè dalla lunghezza d'onda grande, perché questo lo scavalca senza colpo ferire e non viene diffuso, non interagisce mica. Devo usare un fotone dalla lunghezza d'onda piccola, perché il bersaglio è piccolo, quindi devo usare un proiettile piccolo.
Ma un proiettile piccolo, dalla lunghezza d'onda piccola, ha una frequenza... ma la frequenza vuol dire energia, HNU. E quindi è come se il proiettile che gli devo mandare avesse un'energia grandissima.
E quando interagiscono, il proiettile lo sposta all'elettrone. E quindi mi frego la possibilità di sapere bene dov'è. Capite?
È un limite, secondo Heisenberg, mio, del misuratore. È un limite intrinseco a come faccio la misura. Non è la realtà che è così, secondo questa prima versione. Ma tutto contento, Heisenberg manda la rivista in lavoro e dopo poco tempo torna a Bohr. Heisenberg gli racconta tutto in fervorato la sua scoperta, che è veramente grande, e Bohr gli dice, ma sei scemo?
Ma è sbagliato tutto. Non è così che bisogna interpretare la cosa. Uno, il tuo esempio del microscopio è sbagliato.
Non è per quel motivo che dici tu che tu hai l'indeterminazione. È per via della diffrazione del fotone dentro le lenti del telescopio. Quindi è sbagliato proprio.
Due, nella tua volontà di andare contro Schrödinger e contro le onde di Schrödinger, questo ti ha fatto deviare. da un corretto pensare. La realtà è diversa.
Adesso te la dico, dice Bohr. Te la dico. E dico, guarda che... Facciamo un altro esempio.
Prendiamo un fotone, no? Di cui sappiamo benissimo la lunghezza d'onda, quindi la frequenza. Ma per saperlo benissimo, non basta misurare due lunghezze d'onda, eccetera. Per cui potrebbe essere...
Potrebbe essere... annullarsi al di fuori di un certa cosa e non esserci più quindi tu devi andare avanti tantissimo per misurare tante lunghezze d'onda per essere sicuro che ha quella frequenza lì ma se misuri quindi bene la frequenza e quindi per i fotoni la frequenza è anche sinonimo di momento del fotone ti c'è voluto grazie tanto spazio per misurarla, quindi ti chiedi dov'è il fotone? È qui o qua? No, è in uno spazio grande.
Quindi se sai bene il momento, la velocità, non è la velocità perché nel caso della luce è il momento, allora devi rinunciare a sapere bene la posizione. Se invece... Se invece tu vuoi sapere bene la posizione, cosa devi fare?
Devi fare un fotone che sta in poco spazio. Come fai a farlo? Devi mettere insieme tante lunghezze d'onda, tanti fotoni dalla frequenza diversa, che interagendo tra di loro, facendo interferenza costruttiva soltanto in una certa zona dello spazio, ti definisce bene dove il fotone è.
Ma che cosa hai fatto? Hai aggiunto, no? Hai fatto una somma. di tanti momenti, di tante energie del fotone. Quindi non sai più bene il momento del fotone.
Quindi sapere bene la posizione di un fotone implica immediatamente non sapere bene il momento, perché ne hai tanti. E questo non è colpa del tuo microscopio, del tuo fotone che interagisce, eccetera. È la natura che fa così.
E la natura fa così perché è un misto tra particella e onda, ed essendo un misto rifugge dalla... precisione, rifugge dal dirti sicuramente, senza errore, dov'è e quanta energia c'ha. È la natura che è fatta così, è indeterminata. Ed è indeterminata proprio per questa doppia origine, doppia natura, particella e onda. E quindi comincia nella sua testa Bohr a rimuginare e a convincersi sempre di più che è questa.
la base della meccanica quantistica. E questo è il principio fondamentale, che lui chiama principio di complementarietà, che è quello che vi ho appena detto. Ed è aiutato in questo dal fatto che lo stem della sua famiglia, per esempio, qui c'è scritto contraria, sunt, complementa.
Cose contrarie non sono così lontane, sono complementari. Cioè, nei suoi geni c'è il fatto che deve mettere insieme Cose che sembrano opposte, onda e particella, perché soltanto l'unione fa la descrizione completa della realtà. E arriva il congresso di Como nell'agosto-settembre del 1927, dove lui potrebbe e vorrebbe dire queste sue scoperte che Se ci pensate bene fanno da cornice a tutto, è una cornice teorica in cui mettere tutti i risultati.
Però Schrödinger non c'è perché appena ha preso il posto a Berlino deve traslocare e è occupato. E Einstein si rifiuta di mettere piede in Italia perché ci sono i fascisti, non sapendo che pochi anni dopo... In Germania arriverà di peggio. Vabbè, quindi Einstein non viene. Però dopo pochi mesi, nel 1927 a fine settembre, c'è il quinto congresso Solvay, fatto da un industriale del bicarbonato, Solvay, è proprio lui, che ogni tre anni organizza un grande congresso dove ci sono i maggiori fisici del mondo per discutere su un argomento a scelta.
Questo qui del 27 è particolare perché ci sono 29 partecipanti, c'è una donna sola, Marie Curie, e ci sono 17 premi Nobel. Oddio, Marie Curie ne ha due, i premi Nobel, no? Fisica e chimica, chimica e fisica. Va bene, quindi vale doppio, però insomma, va bene. E lì lui e Heisenberg descrivono le novità.
con un'enfasi sulla cornice, sul quadro teorico. Tutti sono abbastanza attoniti, ma loro riescono a rispondere a tutte le domande e a rintuzzare tutte le critiche e sembra che siano abbastanza convinti tutti. E per questo, qui ci sono tutti i nomi, sono tanti.
Per questo questa spiegazione va sotto il nome di interpretazione di Copenaghen in onore al grande guru che è Niels Bohr, che i biografi hanno descritto come il danese tranquillo, che vi ho detto che è uno che non ha gli scompensi nel cervello, è bravo in tutto ed è veramente così. E in onore suo tutti i fisici del mondo di quel tempo andavano a Copenaghen per qualche tempo per... per assistere a lui e alle discussioni che venivano lì. Era il centro mondiale della fisica, almeno quantistica.
E adesso elenchiamo di nuovo tutti i capisaldi. Cioè Born che dice, guarda che la funzione d'onda che ha detto Schrödinger indica questo ectoplasma che indica la probabilità di esistere, di esserci o di avere una certa proprietà. che è stesa nello spazio e nel tempo, e cambia nel tempo, non è una cosa sola. Però quando interagisce con lo strumento, questa cosa in un modo mistico, magico, non capito, ancora adesso non lo si sa che cos'è che la fa collassare, la funzione d'onda, diventa una particella. Collassa la funzione d'onda.
Cioè la particella cattiva sia cattiva sia buona e in generale in meccanica quantistica non c'è mai o o. Può essere così oppure cosa. C'è sempre è così e anche cosa.
Sia sia. E sia così, sia cosà, con diverse probabilità. Poi c'è il principio di indeterminazione, che la natura rifugia dalla precisione, non può essere precisa.
Il principio di complementarietà, che è un tentativo di rispondere al principio di determinazione, e poi il fatto che è probabilistica, non c'è più il determinismo assoluto, c'è soltanto la probabilità. Questo cozza tutto l'insieme di queste cose. fanno della meccanica quantistica una teoria che è antiintuitiva, non capita, completamente illogica, strana, bizzarra, e cosa volete che vi dica?
Però ha finora funzionato sempre. Il mondo moderno è retto sulla meccanica quantistica. Questo qui è un laserino, no?
Laser. è l'applicazione di meccanica quantistica che Einstein ha fatto nel 1917, che è la base del laser. Questa roba qua, il telefonino moderno, è un concentrato di meccanica quantistica e di relatività generale. Dentro c'è Google Map, no?
Google Map può funzionare soltanto perché Einstein ci ha detto che il tempo qui sulla Terra scorre in una... leggerissimamente ritmo più lento che là dove sono i satelliti da cui noi prendiamo il segnale e che tramite la triangolazione nel tempo riusciamo a dire dove siamo bestiale no? quindi noi con la Google Map stiamo testando la relatività generale tutti i giorni miliardi di persone poi uno dice ma cosa serve no? cosa serve la relatività generale?
lo sapeva Einstein? No. È utile adesso? A Google di sicuro, no?
Poi anche a noi, io sarei perso senza Google Map per dire, no? Quindi è utile. E la relatività generale. I circuiti integrati qua dentro funzionano perché sono retti dalle leggi della meccanica quantistica, che sono obbedite sempre e in ogni modo.
Quindi il nostro mondo moderno non può prescindere dalla meccanica quantistica. Siamo pieni di meccanica quantistica. Rimangono però delle cose molto molto strane.
Cioè, noi siamo fatti particelle. Le particelle sono rette dalla meccanica quantistica. Allora, siamo quantistici anche noi? In certe parti sì, certo.
Però quello che succede è che quando si raggiunge una certa quantità di particelle, il mondo classico prende il sopravvento, la visione classica prende il sopravvento. E poi si può chiedere, ma dove mettiamo il limite? Cioè a mille particelle, 10.000 particelle, un milione?
In realtà le stelle dei neutroni sono rette dalla meccanica quantistica, se no non starebbero in piedi. E sono stelle, capito? Noi abbiamo degli esempi di robe macroscopiche che funzionano perché c'è la meccanica quantistica, quindi è molto difficile. E poi cos'è che fa collassare la funzione d'onda? Abbiamo detto che quando arriva lo strumento, la funzione d'onda collassa.
E definiamo strumento, cos'è? È un conglomerato grosso di cose? È l'osservatore?
Ci vuole qualcuno che interpreti per fare collassare? E da qui il gatto di Schrödinger e tutte le altre cose e così via. Quindi rimane un alone di mistero sicuramente e rimane il fatto che I fondamenti della meccanica quantistica si vedono, sono applicati, tutto funziona benissimo, ma non sono ancora capiti. E chissà se riusciremo a capirli. Arrivederci.
Si merita un grande applauso, è matto anche lui come tutti i fisici.