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Teoria quantistica (meccanica quantistica o scuola di Copenaghen)

Nei primi trent'anni del ventesimo secolo Planck, Bohr, Schrödinger, Born, Heisenberg, De Broglie, Dirac sono i protagonisti di questa imponente rivoluzione scientifica. Hanno mostrato come il mondo dell'infinitamente piccolo sia profondamente diverso dal mondo macroscopico.

Planck studiava la termodinamica (studio delle trasformazioni di calore in lavoro e viceversa, e dei fenomeni e proprietà dei corpi ad esse legati). Ipotizzò che la luce fosse emessa in 'quanti' di radiazione, e non con continuità come si credeva fino ad allora. Bohr sviluppò un modello di struttura atomica in cui gli elettroni, per passare da una orbita all'altra (cambiamento del loro stato energetico) dovevano emettere o assorbire esattamente uno dei quanti di radiazione ipotizzati da Planck.

Schrödinger, dall'osservazione di analogie fra comportamento degli elettroni e quello delle onde, formalizzò una equazione (equazione di Schrödinger) per il moto degli elettroni all'interno dell'atomo fondando la meccanica 'ondulatoria'. In questa equazione non si descrive il moto di una particella, ma l'evoluzione temporale di una grandezza (la 'funzione d'onda'), grandezza complessa che non ha un equivalente classico.

Born introdusse il concetto di densità di probabilità in fisica. Il modulo quadrato della funzione d'onda di una particella era la probabilità che la particella si trovasse, in un determinato istante, in una certa posizione dello spazio. La funzione d'onda ci dice quanto sarà la probabilità che, trascorso un certo intervallo di tempo, si possa trovare la particella in quella posizione. Contrariamente le equazioni della meccanica classica ci dicono dove si trova esattamente la particella dopo un intervallo di tempo.

Heisemberg, studiava la struttura atomica in modo diverso da Schrödinger. Formalizzò le grandezze fisiche in esame con degli enti matematici (le 'matrici'). Da qui il nome di meccanica 'matriciale'. Dedicandosi alle matrici Heisenberg feve una scoperta importante, il principio di indeterminazione. Questo principio sancisce limiti teorici invalicabili alle nostre capacità di compiere misurazioni precise sulle 'variabili coniugate' della particella, per esempio posizione e quantità di moto (il prodotto della massa di un corpo per la sua velocità). Si può misurare con estrema precisione o la posizione dell'elettrone o la sua quantità di moto, una delle due grandezze però resta sempre completamente indeterminata. Secondo la fisica classica la traiettoria di un corpo è definita fornendone istante per istante la posizione e la velocità. Per Heisenberg questo non è più possibile: quello che ci è dato di sapere è che i corpi microscopici non seguono vere e proprie traiettorie per giungere da una posizione ad un'altra. Spazio e tempo, con questo principio, diventano incerti (come la lapide posta all'università di Heisemberg afferma: Heisemberg 'forse' è passato di là…).

De Broglie ipotizzò l'esistenza di un comportamento complementare sia nella luce che nella materia. A seconda del fenomeno fisico coinvolto, la luce poteva comportarsi come onda o come particella, e lo stesso vale per la materia, ma i due diversi comportamenti, quello ondulatorio e quello corpuscolare, non si manifestavano mai assieme (principio di complementarietà).

Bhor raccolse tutte queste istanze innovative e fondò la 'Scuola di Copenaghen': un folto gruppo di fisici convinti assertori dell'interpretazione probabilistica della meccanica quantistica (interpretazione ortodossa o di Copenaghen).

Le idee fondamentali di tale interpretazione sono:

• La quantizzazione delle grandezze fisiche
• La funzione d'onda (il suo modulo quadrato come densità di probabilità)
• Principio di indeterminazione
• Principio di complementarità
• Principio di corrispondenza: la meccanica quantistica applicata a corpi macroscopici si riduce (corrisponde) alla meccanica classica.

Copyright Tiziana Valtolina - 2002.
Ultimo aggiornamento:13-jan-02

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