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I nuovi paradigmi scientifici
Un limite nell'uso del linguaggio
Da un'intervista concessa dallo stesso Heisenberg nel 1967 si può leggere il significato del suo famoso principio in un'ottica ancora diversa.
Domanda: Quale significato fisico ha, nella teoria dei quanti e nella prassi, il Suo "Principio di indeterminazione"?
Risposta: Lei mi interroga sul principio di indeterminazione. Esso è anzitutto un'affermazione sul linguaggio nel quale possiamo parlare delle più piccole parti della materia. Abbiamo imparato o dovuto imparare che il nostro linguaggio ordinario si adatta soltanto alle cose del mondo quotidiano, delle esperienze abituali. Se passiamo a un ambito che non possiamo più percepire con i nostri sensi immediati, per esempio l'ambito delle particelle elementari, degli atomi, il nostro linguaggio non è più adatto. In questo caso, i concetti con i quali operiamo abitualmente nel linguaggio devono venir sottoposti a determinate limitazioni,per poter essere ancora adoperati. Il principio di indeterminazione è, semplicemente, un'affermazione sul limite all'interno del quale il linguaggio funziona ancora.
W.Heisenberg Lo sfondo filosofico della fisica moderna, Sellerio editore Palermo 1999, p. 70
Che cos'è la realtà se noi non la osserviamo?
La fisica classica del mondo macroscopico ci ha abituati a due concetti del tutto diversi riguardo a onde e particelle:
- una particella ha una precisa collocazione nello spazio e nel tempo e si muove lungo una traiettoria definita
- un'onda è diffusa nello spazio e crea effetti di interferenza e diffrazione che possono visualizzarsi su uno schermo, così che molti punti dello schermo sono colpiti contemporaneamente dalla perturbazione.
Nella fisica quantistica del mondo microscopico anche un singolo fotone o elettrone può causare figure di interferenza. Sia il fotone, sia l'elettrone si comportano a volte come onde, a volte come particelle: tutto dipende da come essi vengono osservati. Nell'effetto fotoelettrico o nell'effetto Compton gli elettroni e i fotoni si comportano come corpuscoli, ma se sono inviati contro un cristallo mostrano entrambi fenomeni di interferenza tipici delle onde.
L'ampiezza dell'onda elettromagnetica è una misura della densità di fotoni che transitano in una certa zona di spazio e di tempo per un flusso di fotoni, ma, per un singolo fotone, è interpretata come la probabilità di trovare il fotone in una certa zona di spazio e di tempo. In modo analogo si interpreta la funzione Ψ per la materia: la sua ampiezza è una misura della densità delle particelle oppure, della probabilità di trovare una particella singola in una certa zona di spazio e di tempo. I concetti di onda e di particella servono entrambi a descrivere il comportamento dell'elettrone, come del fotone. Anche se non sono compatibili, essi sono due concetti complementari.
Conoscere vuol dire modificare
Ogni operazione di misura comporta la modifica della grandezza misurata. Questa affermazione è valida anche nella fisica classica, ma nella fisica quantistica assume un nuovo e più profondo significato. Se per esempio vogliamo misurare, cioè conoscere, la temperatura dell'acqua contenuta in un bicchiere possiamo immergere in essa un termometro. Il valore che otteniamo è in realtà la temperatura del sistema acqua+termometro, non quella dell'acqua: l'operazione di misura ha cioè alterato la grandezza che si vuole misurare. La fisica classica ammette però che questa perturbazione dovuta all'operazione di misura possa essere ridotta a piacere senza influenzare in alcun modo altre grandezze del sistema fisico considerato. Il principio di indeterminazione propone invece conseguenze molto più drastiche per le operazioni di misura: il tentativo di ridurre al minimo l'incertezza su una grandezza di un sistema fisico provoca inevitabilmente un aumento corrispondente per l'incertezza di un'altra grandezza correlata dello stesso sistema fisico.
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Copyleft Ludovica Battista