fisica quantistica
aspetti filosofici della fisica quantisticaRiflessioni sul Principio di Indeterminazione di Werner Heisenberg Il paradosso delle masse infinite Se la materia nel proprio stato più intimo, e cioè al livello delle particelle elementari, non fosse indeterminata e probabilistica ma localizzabile con certezza, in parole povere se non esistesse il Principio di Indeterminazione, ci troveremmo davanti ad un paradosso che supererebbe di gran lunga quello che comporta il principio stesso . Mi spiego: il Principio di Indeterminazione stabilisce che tra varie coppie di grandezze fisiche esiste una relazione di indeterminazione tale che impedisce di stabilire con certezza assoluta, deterministica, i valori di entrambe queste grandezze contemporaneamente. Tra le varie coppie di grandezze fisiche prendiamo l'esempio più classico, ovvero posizione e velocità di un oggetto, e l'oggetto in questione è l'elettrone. L'elettrone è una delle particelle cosiddette 'elementari' e cioè indivisibili, ha una massa misurata con precisione in laboratorio e quindi possiamo definirlo un oggetto a tutti gli effetti, una pallina "piena" secondo la fisica classica ; piena nel senso che se se fosse costituita da qualcos'altro sarebbe ulteriormente divisibile e non sarebbe quindi più piena . Potrebbe anche , ragionando sempre nei termini della fisica classica o deterministica , contenere degli spazi vuoti al suo interno , come un pezzo di Emmenthal , e non avere ulteriori costituenti ; ma comunque , al suo interno , la particella elementare , come il formaggio avrebbe sempre degli spazi pieni se no come farebbe a stare insieme ? Qui sta il paradosso principale della Fisica classica (ovvero pre-Principio di Indeterminazione , 1927) ; se la pallina elettrone , o la pallina quark , o la pallina neutrino ecc. ecc. (ricordiamoci che la nostra massa corporea è costituita esclusivamente da quark ed elettroni) , fosse "piena" e palpabile , al suo interno avrebbe , sempre seguendo i dettami della fisica classica , una massa "infinita" . Ragioniamoci sopra , prendiamo una pallina di ferro ; essa non è certo piena al suo interno , per quanto possa apparire solida è costituita per più del 99% da spazio vuoto , all'interno degli atomi i protoni e i neutroni occupano circa un centomillesimo del diametro totale del singolo atomo di ferro e gli elettroni sono distribuiti a strati in questo immenso spazio vuoto come minuscoli granelli di sabbia orbitanti intorno ad un nucleo grande quanto un pisello dentro il catino dello stadio di S.Siro . In ogni caso però , in questo spazio praticamente vuoto vi si trovano delle particelle elementari ossia i quark che formano protoni e neutroni nel nucleo e gli elettroni che orbitano intorno . L'elettrone in questione , essendo "pieno" di materia dovrebbe avere , pur nel suo limitato spazio una densità al suo interno "infinita" e di conseguenza avere più massa dell'universo intero e questo varrebbe anche per i quark e le altre particelle elementari. L'universo , che non ha certo una massa infinita , dovrebbe essere quindi costituito da un numero enorme di particelle elementari ciascuna avente una massa infinita ..... Direi che tutto ciò è paradossale . Torniamo al Principio di Indeterminazione e al nostro amico elettrone sotto osservazione speciale ; prendiamo lui perché è più facile da osservare allo stato libero rispetto ai quark e con maggiore facilità lo si può strappare all'atomo di appartenenza . Heisenberg , sulla base delle scoperte effettuate da Bohr e De Broglie sulla natura "astratta" e non classica o corpuscolare dell'elettrone , che diventava sempre più impalpabile e meno "pieno" col susseguirsi degli esperimenti , elaborò il suo famoso Principio . Cerchiamo , considerandolo come una pallina di misurarne contemporaneamente posizione e velocità ; per esempio possiamo dire che in certo momento esso si trovi in una certa posizione e che stia andando in una certa direzione ad una certa velocità . Precedentemente si credeva che se noi umani possedessimo una tecnologia tale da permetterci di conoscere lo stato di tutto l'universo in un dato momento ed elaborarlo velocemente , potremmo prevedere con precisione assoluta lo stato dello stesso in un momento successivo ; causa ed effetto , uno degli assiomi della fisica classica . Purtroppo non è così , se no ricadremmo nel paradosso delle masse infinite di prima . Heisenberg scoprì la relazione matematica che spiega lo strano e apparentemente paradossale comportamento dell'elettrone e quindi di tutta la materia esistente al suo livello più intimo . Scoprì che se anche avessimo a disposizione la sopra citata super-tecnologia , non ci potremmo fare niente , l'elettrone sarebbe , entro certi limiti dettati dal Principio di Indeterminazione , "libero" di fare ciò che meglio crede in modo imprevedibile , avrebbe un"potere decisionale" intrinseco tale da renderlo comunque inafferrabile ; potremmo teoricamente sapere dove si trova esattamente , ma nello stesso tempo non sapremmo assolutamente nulla di dove stia andando e a quale velocità lo faccia ; se diminuissimo di un poco per volta la determinazione della sua posizione , ovvero se decidessimo di stabilire che non si trova esattamente in un punto , ma in una certa area senza essere più precisi , e se questa area aumentasse sempre più ogni volta , scopriremmo che la sua velocità e la sua direzione sarebbero sempre più definite , fino ad arrivare all'opposto , cioè una totale determinazione della velocità accompagnata però da una mancanza assoluta di informazioni a riguardo della sua posizione . Sembra paradossale ma lo è meno che considerare un elettrone con massa infinita . Questo significa che , se volessimo confinare l'elettrone in regioni di spazio sempre più piccole , esso aumenterebbe a dismisura la sua velocità , sarebbe in quell'area , ma nello stesso tempo non sarebbe in nessun punto , perché se lo fosse , e fosse di conseguenza possibile afferrarlo e fermarlo , esso per reazione si agiterebbe ad una velocità infinita secondo il Principio di Indeterminazione . Questo ci salva dal paradosso degli infiniti perché impedisce alla materia di essere "piena" e quindi ad avere densità e massa infinite . Quindi noi tutti e tutto l'universo non siamo fatti di nulla , perché se fossimo fatti di qualcosa di afferrabile non potremmo esistere .
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