Il principio di indeterminazione

Salve! La questione che vi pongo riguarda la legge di Heisenberg, che so concernere l'impossibilità di determinare con precisione la velocità e la posizione di un elettrone. Questa legge è stata provata ed è cioè valida assolutamente, o lo è solo in relazione con gli attuali mezzi tecnologici? So che l'equazione di Schroedinger fornisce probabilisticamente la posizione della particella sull'orbitale; è azzardato pensare che in futuro con strumenti di maggior precisione tutti i dati quali posizione, velocità ecc. possano essere determinati con certezza?

Marco Gubertini
6 dicembre 2002
Il principio di indeterminazione non dipende dalla tecnologia di cui disponiamo o disporremo in fututo ma descrive una realtà profonda del mondo quantistico. Esso può essere spiegato con un esempio pratico e con una riflessione sul dualismo onda-particella, uno dei concetti chiave della meccanica quantistica.

Cominciamo dall'esempio pratico: quando guardiamo la Luna alla sera, noi vediamo la luce del Sole che colpisce la superficie lunare e viene riflessa verso i nostri occhi. Le particelle che compongono la luce, i fotoni, hanno colpito la Luna e poi sono arrivati fino alla nostra retina. La Luna, come potrete immaginare, non si è spostata un granché per l'urto coi fotoni, né ha cambiato la sua velocità. Lo stesso accade con gli oggetti che ci circondano: il semplice guardarli non li sposta. Immaginate, ora, di voler guardare una particella subatomica, molto molto più piccola della Luna: per farlo, dovrete colpire con dei fotoni o qualcosa di simile la suddetta particella; poi, grazie a un rivelatore questi fotoni ci diranno dove hanno colpito la particella. In quel momento, però, ciò che potevamo sapere sulla velocità della particella non è più vero poiché il fotone, ora, è confrontabile come grandezza all'oggetto che colpisce e come una palla da biliardo sposta la biglia microscopica che volevamo osservare, modificandone la velocità in un modo imprecisato. Anzi, la meccanica quantistica ci permette di dire che quanto più è certa l'informazione sulla posizione, tanto più sarà incerta quella sulla velocità.

Ilconcetto di dualismo onda-particella può farci capire meglio la cosa.
Nell'esempio fatto pocanzi una particella, per esempio l'elettrone, è stato descritto come se fosse una palla da biliardo e una palla da biliardo sta in un posto preciso. Però noi sappiamo che l'elettrone, come qualsiasi altra particella, può essere pensata come un'onda estesa in linea di principio in tutto l'universo. In realtà l'elettrone è entrambe le cose e nessuna delle due. Gli esperimenti che mostrano gli aspetti corpuscolari dell'elettrone (o del fotone o di altro) ci nascondono quelli ondulatori e viceversa.

Una particella, dunque, non possiede una certa posizione e una certa velocità in un dato momento, come il nostro intuito ci porterebbe a credere. È un po' come quelle illusioni ottiche, quelle immagini in cui due figure diverse coesistono nello stesso disegno ma il nostro cervello non riesce a distinguerle contemporaneamente, riuscendo solo a saltare con l'occhio dall'una all'altra. Insomma, non è solo che non possiamo conoscere contemporaneamente posizione e velocità ma è la domanda che, nel mondo quantistico, risulta malposta.

Davide Mamone Settore di Teoria delle Particelle Elementari, SISSA, Trieste

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