Introduzione alla famosa fisica e meccanica quantistica
Premessa: articolo realizzato in collaborazione con esperti universitari della materia.
Oggi si parla frequentemente di fisica e meccanica quantistica, luoghi come internet sono pieni di discorsi ed articoli in merito, e dalla quasi totalità di questi emerge che chi scrive non ha la benché minima idea di cosa sta dicendo. Si è così creata una fisica e meccanica quantistica immaginaria, legata ad una sequenza di interpretazioni fantasiose che pescano l'una nell'altra, e completamente slegata dalla teoria scientifica corretta che oramai ha ben pochi in comune con i racconti sulla fisica quantistica che si leggono in giro.
Non meraviglia quindi che si utilizza la fisica e la meccanica quantistica in ogni discorso strampalato, perfino con finalità spirituali! E questo dimostra come quasi nessuno sappia cosa siano realmente.
Tra l'altro, è impressionante come su internet siano quasi assenti pagine che trattino in modo corretto queste materie, ci sono quasi esclusivamente strampalate fantasie basate sul non aver capito nulla di fisica e meccanica quantistica.
E quindi adesso darò una idea precisa su come stanno davvero le cose.
La fisica quantistica
è molto complessa e se si semplifica molto perde di significato, anzi ne assume
di falsi, se invece rimane rigorosa diventa incomprensibile .
Per capire la fisica quantistica bisogna conoscere bene prima la fisica Classica
e poi ci si avvicina alla fisica quantistica, ma solo se si ha una ottima
preparazione di Matematica Superiore.
Infatti, la meccanica quantistica presuppone una matematica... l'algebra
vettoriale e tutto quanto è associato ai vettori e alle matrici.. inoltre la
fisica quantistica (ovvero la fisica del continuo) presuppone la conoscenza
degli spazi di Hilbert, ecc. ed in genere quello che viene chiamata analisi 3.
Un procedimento corretto per capire al fisica e la meccanica quantistica, e quindi per poterne parlare senza dire cose sbagliate, implica documentarsi ed essere preparati su quanto segue.
Il percorso per i
primi passi verso la teoria si articola sui seguenti nodi concettuali.
1 Riconoscimento della necessità di abbandonare la visione classica dei fenomeni
microscopici e costruzione del concetto di stato quantico
2 Verso il formalismo: natura vettoriale dello stato quantico e principio di
sovrapposizione
3 Estensione del formalismo dal caso bidimensionale al caso generale
4 Operatori lineari e osservabili fisiche
5 Estensione al caso dinamico: equazione di Schroedinger e il raccordo tra il
formalisno alla Dirac e quello alla Feynman
La discussione
critica sui fondamenti si articola sui seguenti punti che bisogna conoscere
bene:
- Il momento magnetico. L'esperimento di Stern-Gerlach e lo spin. Interferenza
quantistica.
- Vettore di stato. Notazione di Dirac.
- Osservabili e operatori. Autostati. Regola di Born. Evoluzione temporale.
- Interpretazione e problemi concettuali
- Significato fisico del vettore di stato. Macrorealismo e problema della
misurazione.
- Interpretazione di Bohr.
- Postulato di proiezione e problemi relativi. Teorie di riduzione spontanea.
Paradosso di “Zenone”.
- Interpretazione statistica di Einstein. Ensembles e individui.
- Questioni di completezza della meccanica quantistica. Esperimento di Einstein,
Podolski e Rosen. Variabili nascoste.
- Teoria dell'onda pilota di de Broglie-Bohm. Regola di Born nella teoria
dell'onda pilota.
- Località e non località. Teorema di Bell. Contestualità.
- Discussione critica di altri approcci alla meccanica quantistica.
La discussione degli
elementi di crisi della fisica classica consiste nell'analisi interpretativa di
esperimenti cruciali, che pure bisogna conoscere bene:
1. La carica specifica dell'elettrone
2. L'esperimento di Franck e Hertz
3. Lo spettro a righe dell'atomo d'idrogeno
4. L'effetto fotoelettrico e la costante di Planck
5. La diffrazione degli elettroni
6. La risonanza dello spin dell'elettrone
E sottolineo il fatto
che tutto questo è accompagnato abbondantemente da matematica avanzata.
Una volta volta che avete studiato tutto questo vi renderete conto che è IMPOSSIBILE tirare fuori discorsi strampalati come quelli spirituali o New Age dalla fisica e meccanica quantistica, e sopratutto vi renderete conto che la quasi totalità delle persone che parlano di queste materie non hanno la minima idea di cosa stanno dicendo ma portano avanti solo fantasie deliranti se raffrontate alla realtà della teoria scientifica. Ma, si sa, le fantasie vendono molto bene ed attirano molte persone.
Il problema, sempre più diffuso è che i principi della meccanica quantistica vengono utilizzati per elaborare fantasiose forzature e trarre conclusioni di sapore quasi metafisico, arrivando addirittura a far apparire perfino accettabili certi fenomeni paranormali.
Sulla infondatezza di legami tra meccanica quantistica e paranormale, vale citare Silvano Fuso in "Meccanica Quantistica e Pseudoscienze", quando dice una grande verità:
"Accanto al dibattito accademico... esiste pure un sottobosco pseudoscientifico che utilizza i risultati della Meccanica Quantistica per sostenere le più insolite concezioni ideologiche. Il panorama è molto vasto e spazia dai fenomeni paranormali a quello delle terapie alternative fino ad arrivare a concezioni mistiche della realtà".
D'altronde sempre nello stesso testo Fuso parla di una cosa molto conosciuta, cioè la "tendenza piuttosto diffusa nell'ambito delle pseudoscienze, che consiste nell'utilizzare, fraintendendole però completamente, alcune affermazioni scientifiche per convalidare teorie e concezioni assolutamente gratuite".
Propongo qui di seguito delle fonti attendibili che, senza far uso della matematica, consentono di avere un'idea su quelli che sono gli argomenti prima di iniziare a studiare la materia .
Elementi di crisi della fisica classica, discussione e esperimenti:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/secif/mec_q/esp/esp_idx.htm
Avvicinarsi alla teoria della fisica quantistica:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/secif/mec_q/percorso/teoria.htm
Riconoscimento della necessità di abbandonare la visione classica dei fenomeni microscopici e costruzione del concetto di stato quantico:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/contenuti_c_a.htm
Verso il formalismo: natura vettoriale dello stato quantico e principio di
sovrapposizione:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/contenuti_c_b.htm
Estensione del formalismo dal caso bidimensionale al caso generale:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/contenuti_c_c.htm
Operatori lineari e osservabili fisiche:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/contenuti_c_d.htm
Estensione al caso dinamico: equazione di Schroedinger e il raccordo tra il
formalisno alla Dirac e quello alla Feynman:
http://www.fisica.uniud.it/URDF/ffc/quanto/contenuti_c_e.htm
Qui c'è anche un PDF sul tema: Elementi di meccanica quantistica
Mi sembra inutile proporre materiale specificamente di fisica e meccanica quantistica in quanto senza una eccellente preparazione in fisica e matematica può sembrare solo arabo a chi legge, pertanto invito a leggere i relativi testi universitari che trattano le materie quantistiche.
Discorsi e domande sulla fisica e meccanica quantistica seguono ragionamenti del genere:
http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2004/Ucau041019d003
e come è scritto in questo articolo introduttivo sulla meccanica quantistica:
http://www.arrigoamadori.com/lezioni/Miscellanea/MeccanicaQuantistica.htm
Da questa pagina risulta chiaro che la meccanica quantistica è una teoria
matematica piuttosto
astratta, per capire la quale occorre conoscere il calcolo differenziale ed
integrale e la teoria dei vettori.
Senza queste conoscenze, purtroppo, non si può capire la meccanica quantistica
né, di conseguenza,
l'intima "essenza" delle cose, perché, come diceva Galileo, il linguaggio della
natura è la matematica
e per la meccanica quantistica questo è vero più che mai.
Pertanto, diffidate sempre da chi parla di questi argomenti senza fare matematica!
Se la questione è troppo complessa per voi, vi consiglio allora la visione dei seguenti due video che spiegano la questione in modo molto semplice:
e
Tempo e spazio nella meccanica quantistica
CEIFAN
Centro di Indagine sui Fenomeni Anomali
diretto dal
dott. Pasquariello Domenico