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Il ‘900, secolo della meccanica quantistica

Con il 2000 è terminato il secolo che ha visto la nascita è la piena affermazione della meccanica quantistica; teoria che descrive i fenomeni che avvengono a livello fondamentale nel mondo fisico e su cui si basa il funzionamento dei dispositivi elettronici su semiconduttori (Parte 2)

Due anni dopo il postulato di Louis de Broglie, Erwin Schroedinger propone una nuova teoria meccanica in cui la materia è considerata come costituita da “onde”: la meccanica ondulatoria. In questa visione rivoluzionaria le particelle elementari vengono descritte da equazioni d’onda (equazioni differenziali) che ammettono soluzioni discrete ovvero quantizzate.

Max Born propone quindi che le funzioni d’onda introdotte da Schroedinger (il modulo della funzione d’onda) rappresentino la probabilità di assegnare una particolare locazione alla particella considerata . La meccanica quantistica (a differenza della visione determinista della meccanica classica), dà una visione probabilistica dei fenomeni microscopici; in essa il concetto di probabilità ha un ruolo essenziale, in quanto la descrizione in termini di probabilità non è una conseguenza della nostra incapacità di descrivere più esattamente i fenomeni, e quindi eliminabile almeno in linea di principio, ma è intrinseca alla natura stessa dei fenomeni.

Nella formulazione del principio di indeterminazione di Werner Heisenberg viene posto in pieno risalto tale intrinseca impossibilità determinista.
Secondo Heisenberg quantità ben definite e fondamentali nella meccanica classica quali “posizione” e “momento” sono rappresentazioni che non hanno più senso nella meccanica quantistica: questi “concetti classici” devono essere costituiti da quello di stato quantico.

La comprensione dei fenomeni attraverso tali “concetti classici” è possibile soltanto entro dei precisi limiti: secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg, ogni miglioramento della conoscenza della posizione di una particella comporta una perdita di precisione nella determinazione della quantità di moto, e viceversa, secondo la relazione:

D x · D p = 1/2 h

dove h è la costante di Planck, D x è l’indeterminazione della posizione e D p l’indeterminazione della quantità di moto.

Nel corso del secolo la struttura matematica della teoria quantistica ha trovato una completa sistemazione e ciò ha consentito la sua applicazione in numerose previsioni quantitative, sebbene ancora oggi rimangono delle serie difficoltà nella sua piena comprensione “intuitiva”.

Ma lungi da noi considerare questo “strumento cognitivo” come astratto artificio destinato a rimare utilizzato solo da scienziati e filosofi. La sua potenzialità di applicazione nel campo di studio e previsione di fenomeni naturali è dimostrato da una stima secondo la quale circa un quarto del prodotto nazionale lordo degli USA si basa su applicazioni della meccanica quantistica!

Un secolo di storia gloriosa che è destinato ad ulteriori sviluppi cognitivi ed appiccativi nel nuovo millennio.

Nell’immagine al lato:

Erwin Schroedinger (in alto)

i quattro premi Nobel da sinistra: Bunin, Schrödinger, Dirac, Heisenberg, (1933) (in basso)

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