La libertà: terzo atto

Questo articolo è sono una parte di un percorso, la terza per l’esattezza e a questo link trovate il secondo atto.

Con l’ultima tappa siamo arrivati al cospetto dei grandi principi della fisica moderna, ma ci siamo fermati sull’uscio… Proviamo ora a fare una capatina a casa di questi principi misteriosi e vediamo di capirci qualche cosa. Ma prima, rullo di tamburi… sono indispensabili due piccole premesse:

PREMESSA GENERALE – Sarebbe pretestuoso dare qui una descrizione esaustiva dei principi della fisica quantistica. Mi limiterò a pochi concetti che giustificano una ipotesi di quasi imprevedibilità della natura.

PREMESSA STORICA – La  fisica quantistica è una teoria che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni nel caso di fenomeni tipici delle scale atomiche e subatomiche. Detto così, non sembra niente di eccezionale, anzi, sorge spontanea una domanda: serviva una fisica nuova? Purtroppo si! La meccanica classica, che si basa sui principi di assoluta predicibilità, non è in grado di giustificare le evidenze sperimentali quando si parla di luce ed elettrone. Fu così che, all’inizio del XX, un gruppo di fisici eccezionali riscrisse quello che sapevamo sulle leggi della natura per spiegare alcuni fatti sperimentali ingiustificabili. Quello che ne usci fu una teoria complessa, che si basava su una matematica rivoluzionaria, e che aveva nuovi ed oscuri signori: i “quanti”.

Fin qui tutto bene! È un gioco a cui possiamo partecipare senza scapocciare troppo. Il problema vero è un altro: la meccanica quantistica descrive la luce e la materia sia come un fenomeno ondulatorio che come particelle mentre per la meccanica classica la luce è descritta solo come un’onda e l’elettrone solo come una particella. Eh?! Che cosa sto dicendo? Sto affermando che, se per esempio prendo un elettrone, questo può comportarsi come una pallina e rimbalzare contro una parete o sommarsi ad un suo simile come se fossero due onde del mare.

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Sbam! Esatto! È assurdo!

Eppure gli esperimenti non lasciano dubbi, deve essere così. Descrivere la materia come un’onda vuol dire  immaginare che i suoi costituenti siano descritti da funzioni d’onda. Questa funzione non ha un proprio significato fisico, eppure se ne può ricavare qualche cosa di utile: per ogni punto dello spazio permette di assegnare la probabilità di trovarci la particella. Il significato di questa probabilità può essere interpretato come segue: avendo a disposizione infiniti sistemi identici, effettuando la stessa misura su tutti i sistemi contemporaneamente, la distribuzione dei valori ottenuti è proprio il bla bla (termini matematici brutti!) della funzione d’onda.Questa cosa ha provocato gran mal di testa ad alcune delle persone più intelligenti del secolo scorso; lo stesso Einstein, nonostante avesse contribuito a crearla, cercò in tutti i modi di confutarla, senza successo!

Ma allora… l’onda libera la natura?

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Può darsi! Potrebbe essere un’interpretazione interessante. Questa descrizione della realtà comporta che le particelle acquisiscano una certa libertà di azione. Se mettiamo una particella dentro una scatola potremmo aspettarci che da un momento all’altro salti fuori, così, tanto per farci un dispetto; se chiudiamo il tutto con un bel coperchio per non farla scappare, magicamente potremmo trovarla fuori dalla scatola; mettiamone due uguali vicine, ops, sono diventate la stessa. Tutto questo sembra assurdo ma per la fisica quantistica è pane quotidiano! L’onda che descrive la particella fa si che non è impossibile trovarla in un luogo che classicamente le sarebbe precluso: oltre le pareti della scatola, sopra il coperchio, dietro il vostro orecchio… tutto è possibile!

So che sembra abbastanza, e invece, oltre a potersi trovare un po’ qua e un po’ la, se cerchiamo di capire esattamente dove sta la particella, questa si innervosisce e inizia a correre! Questa cosa mi ha sempre mandato fuori di testa! Sono davvero delle particelle bisbetiche, più cerchiamo di sapere dove stanno per andarle a trovare e più si agitano! Questo fenomeno si chiama principio di indeterminazione di Heisemberg: maggiore è la precisione con cui cerchiamo di conoscere la posizione di una particella più informazioni perdiamo sulla sua velocità, e viceversa. Conoscere con esattezza il moto di un corpo diviene praticamente impossibile: più comprimiamo una particella in uno spazio piccolo e ben definito più la sua velocità cresce e il suo moto diventa caotico; più cerchiamo di capire con che velocità si sta muovendo, più la posizione che occupa nello spazio diventa diffusa e indefinita. Insomma davvero un gran casino! In un certo senso, si potrebbe quasi dire che le particelle quantistiche sono libere, o comunque lo sono molto di più di quelle classiche… mmm peccato che le particelle quantistiche sono di fatto il costituente di tutte le particelle. Cosa sto cercando di dire? Beh sto dicendo che la quantistica è il limite della trattazione classica per il caso dell’incredibilmente piccolo. Sono entrambi rappresentazione della natura, che magnifica e insondabile, è stata architettata così. La fisica quantistica cerca in tutti modi di recuperare un ordine e una prevedibilità della natura anche a livello microscopico. Il fatto che, nonostante tutti gli sforzi che facciamo, uno stato possa essere solo statisticamente probabile, ci restituisce un immagine di natura forse più libera, sicuramente dotata di molte più possibilità.

opportunity-396265_640Feynman portò quest’idea all’estremo, secondo le sue teorie, la natura non sceglie un solo cammino tra tutti i possibili, ma pesa tutti i cammini allo stesso modo, anche i più assurdi e fa la media per estrarre quello che sarà il cammino finale. È esattamente come dire che siamo tutti immersi in una moltitudini di possibilità e che di fatto non scegliamo, ma prendiamo la strada che in quel momento è la migliore. Uh cielo… mi gira la testa! Sarà il caso di ripensare la mia idea di libertà?

Facciamo un riassuntino… da una parte c’è la fisica classica che mi dice che il mio comportamento deve essere completamente prevedibile: se conosco tutte le condizioni in cui mi trovo, devo fare per forza una certa scelta, devo muovermi così, non ho altre opzioni. Dall’altra ho la fisica quantistica che mi dice che date certe condizioni iniziali ho una infinità di scelte possibili: quando decido di uscire potrei tranquillamente aprire la porta ed andarmene, lanciarmi dalla finestra o potrei allegramente passare attraverso il muro. Non provateci a casa!

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Mmm… non starò scapocciando?

Probabile. Basta pensare che comincio ad identificarmi con le particelle del mondo fisico. Da una parte ho l’idea che conoscendo la situazione e le regole devo muovermi esattamente in accordo ad esse. Dall’altra ho un’infinita possibilità di scelte e niente mi vieta di prediligere la più improbabile. Più che se sto scapocciando, credo che la domanda giusta sia: cosa hanno prodotto in me queste idee?

Mi hanno spinto sempre di più alla ricerca di un percorso che fosse solo mio, verso la costruzione e la concretizzazione di un modello in cui mi potermi riconoscere completamente. Dite di no!? Beh, sono un fisico e nell’originale di questo testo sono giunto a parlare di filosofia… Basta?

Dai, ditemi voi! Da qui, nella versione “tesina”, mi addentravo nel pensiero di Mill: è un pensiero ricco di spunti, ma credo che per ora sia meglio lasciarlo da parte… se però siete interessati, vi posso fornire il mio materiale o cambiare idea riguardo la sua pubblicazione! Ditemi voi! Per ora…

Ci leggiamo la prossima puntata!

marco

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