La meccanica quantistica è una teoria che descrive il comportamento della materia e della luce a livello quantistico, ovvero a livello subatomico. A differenza della meccanica classica, che descrive il comportamento dei corpi su grandi scale, la meccanica quantistica si occupa di descrivere il comportamento delle particelle elementari come elettroni, protoni e neutroni e delle minuscole particelle contenute in essi.

Questa teoria sostiene che le particelle non hanno una posizione e una velocità definite, ma che sono descritte da una funzione d’onda che descrive la probabilità di trovare la particella in una determinata posizione. Questo significa che la posizione e la velocità delle particelle sono incerte, e solo attraverso una misura possiamo conoscere la loro posizione con certezza.

Essa introduce anche il concetto di sovrapposizione quantistica, che significa che le particelle possono essere in più stati contemporaneamente. Questo è uno dei concetti più affascinanti e insoliti della meccanica quantistica, poiché contrasta con il modo in cui la realtà viene percepita dalla meccanica classica e dai nostri sensi.

Inoltre, descrive il comportamento quantistico delle particelle interagendo tra loro attraverso la teoria quantistica delle forze, come l’elettromagnetismo e la forza nucleare debole.

In sintesi, la meccanica quantistica è una teoria che descrive il comportamento quantistico della materia e della luce, che ha molte implicazioni per la fisica, la chimica, la biologia e la tecnologia, e che rappresenta una delle teorie più fondamentali della scienza.

Una realtà sorprendente

Ci sono alcuni aspetti molto insoliti e apparentemente contradditori della meccanica quantistica che hanno sfidato la comprensione umana e hanno portato a molte interpretazioni diverse. Ecco alcuni di questi aspetti insoliti:

1. Dualità onda-particella: La meccanica quantistica descrive le particelle come onde e come particelle allo stesso tempo, un concetto noto come dualità onda-particella. Questo è insolito poiché le onde sono descritte come una distribuzione continua di valori, mentre le particelle sono descritte come oggetti distinti e ben definiti.
2. Sovrapposizione quantistica afferma che una particella può essere in più stati contemporaneamente, un concetto noto come sovrapposizione quantistica. Questo è insolito poiché contrasta con la comprensione comune della realtà, in cui le cose sono o in uno stato o in un altro, ma non in entrambi contemporaneamente.
3. Incertezza quantistica: La meccanica quantistica introduce il concetto di incertezza quantistica, che afferma che non è possibile conoscere sia la posizione che la velocità di una particella con precisione assoluta. Questo è insolito poiché contrasta con la comprensione comune del mondo, in cui le cose hanno posizioni e velocità definite.
4. Collasso quantistico: afferma che la misura di una particella causerebbe il collasso della sua funzione d’onda, rendendo la particella una realtà ben definita. Questo è insolito poiché la funzione d’onda descrive la probabilità di trovare la particella in una determinata posizione, ma il collasso quantistico porta a una realtà ben definita.

Questi aspetti insoliti hanno portato a molte interpretazioni diverse e hanno sfidato la comprensione umana della realtà. Tuttavia, nonostante la loro apparente contraddittorietà, la meccanica quantistica è una teoria molto precisa che descrive il comportamento della materia e della luce con un’enorme quantità di precisione e accuratezza e trova applicazione in molti dispositivi elettronici anche di uso comune a tutti noi.

Il paradosso del gatto di Schrödinger

Il paradosso del gatto di Schrödinger è uno dei più famosi paradossi della meccanica quantistica. Il paradosso è stato formulato da Erwin Schrödinger nel 1935 per illustrare la natura apparentemente contraddittoria della sovrapposizione quantica e della proprietà quantistica nota come entanglement.

Il paradosso del gatto è descritto come segue: immaginate che ci sia un gatto chiuso in una scatola insieme a una sostanza radioattiva. La sostanza radioattiva ha una probabilità uguale di decadere o meno in un certo momento, il che provocherebbe la liberazione di un gas letale che ucciderebbe il gatto. Fino a quando non apriamo la scatola, non sappiamo se il gatto è vivo o morto.

Secondo la meccanica quantistica, fino a quando non eseguiamo una misura, un sistema quantistico è descritto da una funzione d’onda che rappresenta tutte le possibili configurazioni del sistema. Nel caso del gatto, la funzione d’onda descriverebbe sia il gatto vivo che il gatto morto, ovvero che il gatto è sia vivo che morto allo stesso tempo.

Questo paradosso è una rappresentazione della natura probabilistica e non deterministica della meccanica quantistica, e sottolinea lo sconcertante fatto che la semplice osservazione di un evento possa cambiare la realtà . In pratica,banalizzando, se guardassimo una pentola con dell’acqua posta su un fornello essa potrebbe bollire in ritardo rispetto a se non la guardassimo…

La teoria quantistica afferma che una volta che eseguiamo una misura su un sistema , la funzione d’onda si collassa su una sola configurazione quantistica, ovvero che il gatto è o vivo o morto, ma non entrambi.

Il paradosso del gatto è stato oggetto di molte interpretazioni e discussioni nel corso degli anni, e ancora oggi rappresenta uno dei più grandi enigmi della fisica moderna.

La meccanica quantistica è stata sviluppata da molti scienziati durante il XX secolo, ma alcuni dei contributi più significativi sono stati apportati da:

1. Max Planck: nel 1900, Planck ha proposto che la radiazione elettromagnetica non viene emessa in modo continuo, ma viene emessa in pacchetti di energia quantistica chiamati quanti. Questo è stato il primo passo verso la formulazione della teoria quantistica. Facciamo un esempio di cos’è un quanto: supponiamo di salire i gradini di una scala, ogni gradino è un quanto perchè è un’unità indivisibile. Non possiamo salire di mezzo gradino. Viceversa su una strada in salita non vi è un limite indivisibile di salita.
2. Albert Einstein: Einstein ha contribuito allo sviluppo della meccanica quantistica con alcune delle sue ricerche sulla natura quantistica della luce, ma non accettò (sbagliandosi) le conseguenze non deterministiche di questa teoria :”Dio non gioca a dadi col mondo”disse a riguardo.
3. Niels Bohr: Bohr ha sviluppato la teoria quantistica dell’atomo di idrogeno, che descriveva come i quanti di energia si comportassero all’interno di un atomo.
4. Erwin Schrödinger: Schrödinger ha sviluppato l’equazione che descrive il comportamento dei sistemi quantistici.
5. Werner Heisenberg: Heisenberg ha sviluppato la meccanica quantistica matriciale, che descriveva come le proprietà di un sistema fossero rappresentate da matrici .Ed ha teorizzato il principio di indeterminazione

Questi scienziati e molti altri hanno lavorato insieme per sviluppare la meccanica quantistica, che oggi è considerata una delle teorie più importanti e fondamentali della scienza moderna.

Illustrazione: Pixbay