La meccanica quantistica per immagini

Oh la meccanica quantistica! Più la si studia e più si è affascinati dai principi e dalle possibilità sul nostro futuro. Anche Einstein, dopo aver partecipato attivamente alla affermazione della meccanica quantistica, è sempre stato perplesso sui principi enunciati fino a dire, prima di morire, che per lui questo ramo della fisica era ancora incompleto! Benvenuti ai nuovi fisici che vorranno portare avanti il super lavoro fatto da questi scienziati del primo novecento! Iniziamo con la consacrazione della meccanica quantistica che è avvenuta a Bruxelles al congresso “Elettroni e Fotoni” tenutosi il 24-29 ott 1927.

I Congressi Solvay (chiamati anche Conferenze Solvay), fondati dall’industriale belga Ernest Solvay (bicarbonato di sodio…), sono una serie di conferenze scientifiche dedicate ad importanti problemi aperti, riguardanti fisica e chimica, che si tengono a Bruxelles ogni tre anni, a partire dal 1911, agli International Solvay Institutes for Physics and Chemistry. L’ideatore di questi incontri a Bruxelles fu Ernest Solvay, il ricco industriale che ha avuto l’intuizione di riunire le più grandi menti scientifiche. Aveva tanti soldi e voleva fare qualcosa di utile per l’umanità. Aveva anche un grande amico, Alfred Nobel svedese, ricco anche lui. I due discutevano spesso insieme per capire come realizzare qualcosa di nuovo che favorisse lo sviluppo e il progresso. Decisero allora di procedere nel modo seguente: uno realizzò i famosi premi, che sarebbero diventati i più ambiti in tutti i campi della scienza, tranne matematica, e non solo; l’altro, invece, organizzò gli incontri dei fisici più importanti, di cui in pochi conoscevano le storie. Solvay finanziava viaggi, alloggi, spese e tutto quello che poteva servire, a cadenza costante, ogni tre anni, dal 1911 in poi. I congressi furono interrotti solo dalle guerre e proseguono ancora oggi, sempre a Bruxelles, sempre in autunno e sempre ogni tre anni. Così facendo, uno dei due amici ha fatto in modo di facilitare la nascita delle idee, delle scoperte che avrebbero cambiato la storia e l’altro, successivamente, faceva in modo di premiare le idee più geniali. I congressi erano nati per fare il punto della situazione sull’attualità più scottante. Solvay morì nel 1922, facendo in tempo a vedere solo tre congressi. (tratto da Wikipedia)

La luce è sempre stata “il fil rouge” della scienza, capirne le proprietà e la sua natura è sempre stato un dilemma! La sua natura corpuscolare e ondulatoria hanno sempre accompagnato tutti gli studi fatti: di seguito due schemi riassuntivi. In tutto questo si accompagnano due fenomeni molto importanti: l’effetto fotoelettrico e la teoria della relatività generale. Il fenomeno fotoelettrico, per il quale Einstein prese il Nobel, è la prova inconfutabile della natura corpuscolare della luce, mentre la teoria della relatività generale è uno dei capisaldi della scienza moderna! Con questa teoria siamo stati traghettati dall’era tolemaica e poi newtoniana all’era di Einstein, all’era della meccanica quantistica che ci ha aperto le porte del futuro!!! Ma era corretta la teoria della relatività e come si poteva dimostrare? Einstein propose all’Accademia della fisica prussiana a Berlino di finanziarlo per una spedizione in Crimea per osservare un eclissi totale del Sole da parte della Luna e osservare il comportamento della luce proveniente da alcune stelle che stavano proprio dietro il Sole. L’accademia fomentata dal fisico tedesco Philipp Lenard (1862-1947 Nobel 1905 e consigliere scientifico di Hitler), avversario della cosidetta “fisica giudaica” non approvò la richiesta! La storia si fa più avvincente con l’entrata in scena dell’astronomo Eddington.

Tratto da WIRED Sandro Iannacone 2014
Correva l’anno 1916. E ancora nessuno si sognava di mettere in discussione la legge della gravitazione universale formulata tre secoli prima da Isaac Newton, che sembrava in grado di fornire spiegazioni e previsioni accurate per osservazioni ed esperimenti. Eccetto un oscuro impiegato dell’ufficio brevetti di Berna con il pallino della fisica: Albert Einstein, si chiamava. Qualche tempo prima, Einstein aveva concepito una sua teoria della gravitazione, secondo la quale spazio e tempo erano in un certo senso uniti a formare un continuum a quattro dimensioni chiamato, per l’appunto, spaziotempo. Secondo Einstein, i campi gravitazionali degli oggetti con massa avrebbero causato una sorta di deformazioni nello spaziotempo.

Di conseguenza, ipotizzava Einstein, la luce non avrebbe potuto propagarsi lungo una linea esattamente retta. Al contrario, viaggiando attraverso lo spaziotempo, si sarebbe dovuta curvare a causa delle deformazioni provocate dai campi gravitazionali dei corpi. Non di molto, in realtà: secondo le previsioni della teoria, un raggio di luce che fosse passato vicino al Sole si sarebbe piegato di appena 1,75 arcosecondi, pari all’angolo formato da un triangolo rettangolo alto un centimetro e mezzo e lungo tre chilometri. C’è da dire, comunque, che anche la fisica newtoniana prevedeva una curvatura per la luce, di entità dimezzata rispetto a quella predetta dalla relatività einsteiniana.

La differenza sembrava troppo esigua per poter essere misurata con gli strumenti allora a disposizione. Finché sir Frank Watson Dyson, astronomo reale della Gran Bretagna, s’inventò un modo per risolvere il problema. Avrebbe approfittato dell’eclissi solare totale prevista per il 29 maggio 1919. La nostra stella, in quel momento, si sarebbe trovata dietro la Luna ma davanti all’ ammasso stellare Hyades( davanti e dietro rispetto alla Terra, naturalmente). Dyson, dunque, intuì che la luce delle stelle sarebbe passata attraverso il campo gravitazionale del Sole prima di arrivare sulla Terra e sarebbe stata ben visibile a causa del buio provocato dall’eclissi. Il che avrebbe consentito una misura accurata delle posizioni stellari, che – se la teoria di Einstein era giusta – sarebbero dovute apparire spostate a causa della gravità. L’esperimento fu condotto da Arthur Eddington. L’astronomo iniziò col misurare, all’inizio dell’anno, le posizioni vere delle stelle. Quindi si diresse verso l’ isola di Principe, nel golfo di Guinea, da cui l’eclissi sarebbe stata visibile, per rivelare la luce stellare deformata dal campo gravitazionale del Sole. Per maggiore sicurezza, se il cielo sopra Principe fosse stato nuvoloso, Eddington inviò una seconda équipe di astronomi anche in Brasile. Entrambe le spedizioni furono fortunate. Il tempo fu sereno e gli scienziati ebbero a disposizione il doppio dei dati. Tornato in Inghilterra, Eddington scoprì che le previsioni di Einstein erano corrette e annunciò la scoperta il 19 novembre 1919. E il fisico di Ulm divenne immediatamente una celebrità mondiale. La sua teoria ancora resiste. E qualche tempo fa ha superato anche la prova più dura, dimostrando di essere valida anche in un ambiente estremo come una stella di neutroni. Da notare che anche Dyson, appartenente alla chiesa Battista, ebbe il suo bel da fare contro l’opposizione della Royal Astronomica Society, ma alla fine vinse il pragmatismo inglese.