La nascita del “quanto”

Il corpo nero e Max Planck

Ed eccoci alla partenza! Voglio spiegare e divulgare di uno degli argomenti più spettacolari e importanti di questo secolo: il quantum computing, ovvero il computer quantistico e cercare di dare una spiegazione semplice e divulgativa dei misteri della meccanica quantistici.

La Quantum Computing cambierà qualsiasi cosa il futuro di qualunque persona prima di quello che potete aspettarvi!

How Google’s Quantum Computer Could Change the World!

Questo ultra-powerful (straordinaria potenza) può cambiare ogni cosa dalla scienza, alla medicina, alla national security – assumendo che funzioni!

The ultra-powerful machine has the poetential to disdrupt everything froma science and medicine to national security – aasuming it works!

La sfida mentale e tecnologica è immane! E’ necessario per capire la sfida, partire da una timeline sulla Meccanica Quantistica con annedoti e affermazioni dei protagonisti che non siano legati solo alle formule e al grandioso lavoro matematico, comprensibile a pochi eletti. E’ una impresa improba e difficile come disse il grande Richard Feynman, fisico premio Nobel. Fece questa strana affermazione e se per lui era così figuriamoci per noi semplici mortali dotati di un intelletto normale:

La natura non è classica, dannazione, e se vuoi fare una simulazione della natura, faresti meglio a renderla meccanica quantistica, e per fortuna è un problema meraviglioso, perché non sembra così facile.

“Nature isn’t classical, dammit, and if you want to make a simulation of Nature, you’d better make it quantum mechanical, and by golly it’s a wonderful problem, because it doesn’t look so easy.”

Richard Feynman

E’ la prima volta che in un articolo scientifico viene usata la parola “dannazione” (dammit) questo solo per indicare quanto difficile e complesso è il mondo della meccanica quantistica. Di seguito riporto tre dichiarazioni dei principali fisici protagonisti di questa avventura iniziata nel 1905! Il quanto visto come particella!!!!

• Max Planck
  In poche parole, ciò che feci può essere descritto semplicemente come un atto di disperazione!
• Albert Einstein
  Era come se ci fosse mancata la terra sotto i piedi, e in vista non vi fosse nessun punto fermo su cui poter costruire.
• Niels Bohr
  Infatti chi non rimane sconvolto quando si imbatte per la prima volta nella teoria quantistica non può averla assolutamente compresa!

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L’epoca storica nella quale questi tre grandi scienziati iniziarono i loro studi è il primissimo Novecento. In quel periodo non era ancora stata formulata la teoria atomica, l’esistenza degli elettroni era stata appena codificata, ma delle altre particelle elementari non si sapeva nulla, la tavola periodica degli elementi non era stata completata e non si conoscevano i raggi X. Siamo nel dicembre del 1900 quando all’età di 42 anni Max Planck scoprì l’equazione che descriveva la distribuzione della radiazione (di natura elettromagnetica) emessa da un corpo nero.

Il Corpo Nero

Esperienza: un corpo solido freddo non produce alcuna emissione di radiazione, ma al crescere della temperatura comincia a diventare luminoso e a cambiare colore. Esempio: un metallo che diventa incandescente cambia il suo colore e passa dal rosso, poi arancione, ad un giallo-bianco fino ad arrivare al blu.

La formula che spiegava questo fenomeno è la seguente:

Il valore E (Energia) di un quanto di energia dipende dalla frequenza ν della radiazione secondo la formula:

E = h * ν

dove h è la costante di Planck.

Come era possibile questo cambiamento di colore nei corpi portati all’incandescenza? Perché i cambiamenti di colore erano così netti e separati? L’unica spiegazione che diede Planck, con suo rammarico, era che l’energia che veniva emessa a pacchetti e non in modo continuo e a questi pacchetti venne dato il nome di quanti! Questo implicava che siamo in presenza di corpuscoli, i quanti, scoperta che contraddiceva la corrente di pensiero sulla natura della luce, altro argomento di discussione e di studio per anni. Si passa dalla teoria Newtoniana e/a quella di Fresnel che pensavano alla luce più come onde che come corpuscoli. Addirittura Fresnel assimilò la luce alle onde sonore, compressione e dilatazione dell’atmosfera, e quando chiesero come mai la luce attraversava lo spazio? Rispose che nello spazio c’era l’etere!…..

Per chi volesse approfondire metto in linea una Unità Didattica desunta dal sito dell’Università di Padova. E’ semplice ma corretta dal punto di vista scientifico:

La costante di Planck è una costante Universale, il suo valore è uguale sia sulla Terra che su Marte, Giove, Venere….in tutto lo spazio. Allego file

Max Planck affermò che “Il mondo esterno è qualcosa di indipendente dall’uomo, qualcosa di assoluto e la ricerca delle leggi che regolano questo assoluto, mi appare come un sublime impegno della vita.” La Meccanica Quantistica regola le dinamiche nella struttura fine della materia con le cui applicazioni si sono raggiunte notevoli innovazioni tecnologiche dal microchip, al laser, ai superconduttori fino ai super computer quantistici governati dai qbit. Offro un altro spunto per capire il corpo nero e la sua importanza per aver permesso di penetrare il mistero fondamentale della meccanica quantistica: IL QUANTO!