Onde o materia

Il relatore, il Prof. Giuseppe Nardelli, docente di fisica della facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali della sede di Brescia dell’Università Cattolica, ha affrontato una delle più importanti scoperte degli inizi del XX secolo: il dualismo ondulatorio-corpuscolare della luce e della materia.
Vista la specificità dell’argomento ha partecipato alla conferenza il triennio del liceo scientifico che, possedendo le conoscenze fisiche e matematiche necessarie, ha potuto cogliere gli aspetti più significativi e approfondire un argomento di studio dell’indirizzo.
Era presente anche un piccolo gruppo di allievi dell’Istituto allberghiero.

La relazione si è rivelata molto proficua poiché non sono stati trattati solamente gli aspetti legati alla fisica, ma anche quelli filosofici: il dualismo ondulatorio-corpuscolare non ha portato solo alla nascita della fisica moderna, ma anche a una nuova visione della realtà.

Mentre la fisica classica di Newton e Maxwell vedeva onde e particelle come due realtà distinte con differenti fenomeni legati a esse, nello specifico riflessione, diffrazione, interferenza per le onde e i principi della dinamica per le particelle, la fisica moderna evidenziò delle interazioni tra queste due realtà: le onde si comportavano anche come particelle e viceversa.

Nel 1900 Planck per risolvere la questione della “catastrofe ultravioletta” formulò una nuova ipotesi: un atomo e un’onda elettromagnetica si scambiano energia mediante quantità discrete, ovvero “pacchetti” di energia chiamati quanti.

La luce nella fisica classica era considerata un’onda elettromagnetica e perciò nel 1905 Einstein per spiegare “l’effetto fotoelettrico” ricorse all’ipotesi di Planck sostenendo che la luce era formata da quanti di energia chiamati in seguito fotoni… ma i fotoni non erano altro che particelle prive di massa.
La luce quindi pareva essere composta da fotoni che non si comportavano come particelle “classiche”, ma avevano caratteristiche ondulatorie, poiché creavano  fenomeni come quelli d’interferenza e diffrazione, cioè fenomeni delle onde.

De Broglie poi dimostrò che allo stesso modo la materia, ovvero le particelle, presentavano non solo fenomeni corpuscolari ma davano anch’esse origine a fenomeni ondulatori come l’interferenza.
Divenne chiaro ormai che onde e particelle non erano due mondi distinti ma due facce della stessa medaglia.

Questa fu una vera e propria rivoluzione all’interno della fisica, ma perché anche una rivoluzione filosofica?
Il dualismo ondulatorio-corpuscolare della luce e della materia portò alla nascita della meccanica quantistica, branca della fisica moderna che aveva lo scopo di studiare la traiettoria, il moto e le caratteristiche di queste “nuove particelle-onde”, che prese forma grazie all’equazione di Schrodinger e al principio d’indeterminazione di Heisenberg.

Heisenberg col principio d’indeterminazione sottolineò come, mentre nella fisica classica si poteva determinare con precisione velocità, posizione, quantità di moto di una particella, nella meccanica quantistica questo non fosse possibile: per individuare la posizione di un fotone bisognava farlo interagire con un agente fisico (illuminarlo, ovvero farlo collidere con altri fotoni) ma così facendo si sarebbe interferito col sistema modificandone velocità e quantità di moto…

Era quindi impossibile conoscere simultaneamente i valori di tutte le grandezze che caratterizzavano il sistema e definirne con certezza la traiettoria.
Per questo motivo anche l’equazione di Schrodinger non forniva la posizione della particella in un dato momento, ma descriveva la regione all’interno della quale era più alta la probabilità di trovarla.

Si parla quindi di rivoluzione filosofica poiché col dualismo si accantona una fisica deterministica, basta sulla certezza, per abbracciare una fisica probabilistica, basata sull’incertezza e sull’indeterminazione.
Ancora oggi non sappiamo descrivere con precisione la traiettoria di una particella, come può essere l’elettrone e, poiché tutta la materia è composta da particelle e tutto è materia, anche la realtà di per sé è sottoposta a questa legge dell’imprecisione.

La realtà a livello microscopico è legata al caos e alla probabilità, per questo motivo l’unica certezza è l’incertezza stessa.

Francesca Saletti – quinta liceo

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