La nascita della Meccanica quantistica.

Transcript

1 La nascita della Meccanica quantistica. Dalla vecchia teoria dei quanti alla fisica delle particelle Giulio Peruzzi Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Padova Master Comunicazione delle Scienze G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Indice degli argomenti 1 Nuove scoperte rivoluzionarie 2 Cronologia 3 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr 4 La meccanica quantistica Anomalie e paradossi Il dibattito Einstein-Bohr ( ) 5 Forze e particelle Che cos è una particella Vedere il visibile e l invisibile 6 Dall ultra piccolo all ultra grande 7 Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

2 Nuove scoperte rivoluzionarie Grandi sviluppi del XIX secolo La rinascita dell atomismo nell Ottocento: la chimica e la teoria cinetica dei gas Pneumatica, elettricità, magnetismo e luce incrociano sempre più frequentemente le loro strade (sul versante sia scientifico sia tecnologico): denominatore comune è l interesse per i cosiddetti bagliori nel vuoto. Lo studio sistematico dei bagliori nel vuoto è all origine delle tre fondamentali scoperte - i raggi X, la radioattività e l elettrone - dalle quali partono le rivoluzioni della fisica del XX secolo: la teoria della relatività di Einstein e la meccanica quantistica. In particolare la scoperta dell elettrone è il primo passo verso l indagine della costituzione atomica (e subatomica) della materia. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Nuove scoperte rivoluzionarie Nuove scoperte rivoluzionarie Spettroscopia (Gustav Robert Kirchhoff e Robert Wilhelm Bunsen, 1859) Funzione universale per la radiazione di corpo nero (Gustav Robert Kirchhoff, 1860) Raggi X (Wilhelm Conrad Röntgen, 1895) Radioattività (Antoine Henri Becquerel, 1896) Elettrone (Joseph John Thomson, 1897) G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

3 Cronologia Vecchia teoria dei quanti (corpo nero, effetto fotoelettrico, modelli atomici, calori specifici) la meccanica quantistica: la teoria che unifica i vari modelli fenomenologici introdotti nel periodo della vecchia teoria dei quanti Prima teoria delle interazioni deboli (Enrico Fermi) L elettrodinamica quantistica: armonizza la teoria della relatività ristretta con la meccanica quantistica, un modello per le successive teorie che trattano delle particelle elementari La nascita del Modello Standard delle particelle. Parallelamente a questi sviluppi teorici, si dispiegano sviluppi tecnologici di grande portata. In particolare quelli che sotto il nome di elettronica segnano la nostra epoca. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Il corpo nero La vecchia teoria dei quanti Il 14 dicembre del 1900 Max Planck esponeva ai membri della Società di Fisica Tedesca le assunzioni teoriche alla base della legge di radiazione di corpo nero, quella da lui presentata nella stessa sede due mesi prima. In questa comunicazione compariva per la prima volta la costante h in connessione con il postulato di quantizzazione dell energia: E = hν. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

4 La vecchia teoria dei quanti Utilizzando un procedimento di calcolo già introdotto da Boltzmann nel 1877, Planck ipotizzava che, mentre l energia della radiazione elettromagnetica nel vuoto si distribuiva con continuità ed era regolata dalle equazioni classiche di Maxwell, la materia fosse costituita da minuscoli oscillatori elettrici che assorbivano e emettevano energia radiante E solo per quanti discreti: E = hν (dove ν è la frequenza dell oscillatore materiale). È quindi da qui che prende l avvio la teoria dei quanti? Sì e no. Planck era un fisico classico. L accettazione di una ineliminabile discretizzazione dell energia e in generale delle grandezze fisiche su scala atomica richiese vari anni. Furono prima di tutto Einstein e Eherenfest, tra il 1905 e il 1906, a giustificare pienamente la soluzione di Planck. Si imponeva la necessità della quantizzazione dell energia non solo per gli oscillatori materiali ma anche per la radiazione elettromagnetica. La discretizzazione delle grandezze fisiche non trovava spiegazione nella fisica classica. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La vecchia teoria dei quanti I maggiori risultati della vecchia teoria dei quanti La spiegazione dell effetto fotoelettrico (Einstein, nel 1905, premio Nobel nel 1922). Le prime teorie quantistiche dei calori specifici [Einstein, nel 1907, Peter Debye, nel 1912, Max Born e Theodor von Kárman, nel 1912]. L atomo di Niels Bohr (nel 1913) con i suoi successivi affinamenti introdotti, tra il 1915 e il 1916, da Bohr e da Arnold Sommerfeld, che culminano nella prima spiegazione della tavola periodica degli elementi (Bohr, ). Questi fondamentali risultati stimolarono un crescente lavoro di ricerca teorica e sperimentale che sarebbe confluito, tra il 1925 e il 1926, in quella che è oggi nota come meccanica quantistica, i cui nomi di riferimento sono Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

5 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr Proposte di modelli atomici Jean Perrin ( ) introduce l atomo planetario nel Hantaro Nagaoka ( ) introduce nel 1903 il modello saturniano: nucleo centrale di carica positiva intorno al quale gli elettroni ruotano formando anelli analoghi a quelli prodotti dai detriti orbitanti intorno a Saturno. Kelvin-Thomson: modello a panettone ( ). Rutherford: prova sperimentale dell atomo nucleato (1911). G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr Vedere il visibile e l invisibile Uno strumento di uso diffuso: l occhio. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

6 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr L esperimento di Rutherford (1911) prototipo delle attuali tecniche di indagine attraverso l analisi degli urti tra particelle e della loro diffusione (tecniche di scattering). G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

7 La vecchia teoria dei quanti G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) L atomo di Bohr La nascita della Meccanica Quantistica La vecchia teoria dei quanti Padova, 21 febbraio / 49 L atomo di Bohr Problemi generali dei modelli atomici ( ) Qual è la natura della carica positiva necessaria a rendere neutro l atomo e trattenere gli elettroni? (il protone viene scoperto nel 1919) Qual è il numero degli elettroni che costituiscono i diversi atomi? Come ricavare le dimensioni atomiche? Come spiegare l assenza del collasso per emissione di radiazione da cariche accelerate? Come spiegare la forma delle serie spettrali? Quali sono i meccanismi che portano alla radiazione spettrale e alla radioattività, e quali parti dell atomo vi sono implicate? G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

8 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr Solo nei primi mesi del 1913, lasciati gli impegni accademici e ritiratosi in campagna con la moglie, Bohr compie la svolta decisiva nelle sue ricerche. Fino a quel momento si è occupato solo di questioni legate agli atomi in stati non eccitati, ma nel febbraio del 1913, conversando casualmente con un suo collega assistente nel laboratorio di fisica del Lœreanstalt, Bohr viene a conoscenza di alcuni risultati delle ricerche spettroscopiche, in particolare dell esistenza della formula di Johann Jacob Balmer. ( 1 ν = R n 2 1 ) m 2 con n = 1, 2, 3 e m > n e intero. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr... nessuno penserebbe di poter gettare le basi della biologia partendo dai colori dell ala di una farfalla... Si pensava - ricorda Bohr in un intervista del che gli spettri fossero meravigliosi, ma che non fosse possibile fare molti progressi in quel campo. Era come osservare l ala di una farfalla, con la regolarità del disegno e i suoi bei colori: nessuno penserebbe di poter gettare le basi della biologia partendo dalla colorazione dell ala di una farfalla. Si andava diffondendo, in relazione ad argomenti del genere [riguardanti l atomo e l interpretazione delle serie spettrali], l abitudine di far ricorso alle idee di Planck. Lo stadio avanzato raggiunto dalle ricerche di Bohr sull atomo, gli permette subito di cogliere la particolare importanza della formula di Balmer. Appena vidi la formula di Balmer tutto mi sembrò immediatamente chiaro. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

9 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr On the Constitution of Atoms and Molecules, la grande trilogia del 1913, si basa su due assunti: (1) Che l equilibrio dinamico dei sistemi negli stati stazionari può essere discusso con l aiuto della usuale meccanica, mentre il passaggio dei sistemi tra due diversi stati stazionari non può essere trattato su questa base. (2) Che quest ultimo processo è seguito dall emissione (o dall assorbimento) di una radiazione omogenea, la cui frequenza è legata all energia emessa (o assorbita) secondo la teoria di Planck [ν = E/h]. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La vecchia teoria dei quanti L atomo di Bohr Tra il 1914 e i primi anni 20, la teoria di Bohr riceve una serie di sorprendenti verifiche sperimentali e viene ulteriormente sviluppata a opera, prima di tutto dello stesso Bohr e di Sommerfeld. L interpretazione della tavola periodica degli elementi, ottenuta da Bohr tra il 1920 e il 1922 (Hafniae, nome latino di Copenhagen), insieme a quella della struttura fine degli spettri degli atomi idrogenoidi, segna il punto più alto della cosiddetta vecchia teoria dei quanti. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

10 La meccanica quantistica G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La meccanica quantistica La meccanica quantistica La meccanica quantistica: per oggetti molto piccoli (dimensioni atomiche o sub-satomiche) non valgono più la meccanica classica e l elettromagnetismo classico Prima formulazione (meccanica delle matrici): Heisenberg, Born e Jordan, e indipendentemente Dirac Seconda formulazione (teoria ondulatoria): Schrödinger. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

11 La meccanica quantistica Anomalie e paradossi Onda-corpuscolo La meccanica quantistica ci insegna che l alternativa classica, onda o particella, non è ben posta: una particella può comportarsi come un onda o come una particella a seconda del tipo di dispositivo sperimentale che viene utilizzato. Il fenomeno è un complesso di cui fa parte il sistema fisico da osservare e lo strumento di misura. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La meccanica quantistica Anomalie e paradossi Tra il 1926 e il 1927 molti degli artefici della meccanica quantistica passano dall Istituto di Copenhagen. Così Bohr ha occasione di discutere, a più riprese, dei problemi della interpretazione della meccanica quantistica con Dirac, Heisenberg, Schrödinger, Pauli e molti altri. Frutto di quelle discussioni sarà la scoperta delle relazioni di indeterminazione da parte di Heisenberg (1927), p q h E t h, e l introduzione del principio di complementarità, proposto da Bohr per la prima volta al Congresso per il centenario della morte di Volta (Como, settembre del 1927). Il principio di complementarità di Bohr si configura, in un certo senso, come un interpretazione filosofica delle relazioni di indeterminazione, ma in realtà è qualcosa di più: è il tentativo di spiegare l evidenza macroscopica di descrizioni mutuamente esclusive dei fenomeni. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

12 La meccanica quantistica Anomalie e paradossi La nostra interpretazione dei dati sperimentali - scrive Bohr - si basa essenzialmente sui concetti classici, ed è per questo che ci poniamo il problema se un elettrone sia un onda o un corpuscolo. Nel caso classico, però, la relazione tra oggetto osservato e strumento di misura può essere, almeno in linea di principio, controllata perfettamente, e quindi, se l elettrone è un corpuscolo non può essere un onda, o viceversa: in altre parole il fisico classico è in grado di dedurre dal risultato della misura che una delle due descrizioni è errata. Nel caso quantistico invece, dato che una realtà indipendente nel senso fisico usuale [classico] del termine non può essere attribuita né al fenomeno né agli strumenti di misura, il fisico deduce che l elettrone è un onda o un corpuscolo a seconda dello strumento di misura che utilizza. Per ottenere una generalizzazione naturale del modo classico di descrivere le cose, conclude Bohr, è necessario considerare l insieme delle rappresentazioni mutuamente esclusive dei fenomeni. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La meccanica quantistica Anomalie e paradossi Il problema della causalità Una volta introdotto il momento del fotone (quindi anche la sua direzionalità) Einstein si domanda: come fa il fotone a sapere in quale direzione muoversi?. Il fatto di affidare al caso l istante e la direzione dei processi elementari è un punto debole della teoria: Che cosa determina l istante in cui il fotone viene emesso spontaneamente? Che cosa decide in quale direzione andrà?. Il carattere casuale degli eventi spontanei continua a tormentare Einstein. Lettera a Besso del 1917: Sento che finora il vero indovinello di cui l eterno inventore di enigmi ci ha fatto dono non è stato affatto compreso. E a Born nel 1920: La faccenda della causalità tormenta molto anche me. L assorbimento e l emissione di quanti di luce possono essere intesi nel senso richiesto da una causalità assoluta, o esiste uno scarto statistico? Devo confessare che mi manca il coraggio di una convinzione; tuttavia mi dispiacerebbe moltissimo dover rinunciare alla causalità assoluta. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

13 La meccanica quantistica Il dibattito Einstein-Bohr ( ) G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La meccanica quantistica Il dibattito Einstein-Bohr ( ) Fasi salienti del dibattito tra Einstein e Bohr 1. Il V Congresso Solvay (24-29 ottobre 1927, su elettroni e fotoni, presenti tra gli altri Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, de Broglie, Kramers, Pauli, Eherenfest). 2. Il VI Congresso Solvay (20-25 ottobre 1930, sul magnetismo). 3. Pubblicazione dell articolo di Einstein, Podolsky e Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete, Phys. Rev. 47 (1935), pp , la risposta di Bohr in un articolo con lo stesso titolo che compare sul Phys. Rev. 48 (1935), pp [cf. P. Schilpp, Albert Einstein: philosopher scientist, 1949, tr. it. Boringhieri 1958 e ancora nel 1979 con il titolo Autobiografia Scientifica ] G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

14 La meccanica quantistica Il dibattito Einstein-Bohr ( ) Le questioni dibattute possono essere inquadrate nei tre seguenti temi: (I) Demarcazione tra classico e quantistico. Esiste, nel sistema fisico complessivo costituito dal S sistema fisico + A apparato di misura, una linea di demarcazione (difficilmente definibile in via di principio, ma identificabile di volta in volta a seconda del sistema complessivo preso in esame) tra parti classiche e parti quantistiche (cioè sostanzialmente che obbediscono alle relazioni di indeterminazione). (II) Consistenza della teoria. Einstein tenta di ideare esperimenti ideali che evidenzino una inconsistenza (contraddittorietà) della teoria. (III) Completezza della teoria. Ammessa la consistenza, la teoria offre davvero una descrizione completa dei sistemi fisici? G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 La meccanica quantistica Il dibattito Einstein-Bohr ( ) G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

15 La meccanica quantistica G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) Il dibattito Einstein-Bohr ( ) La nascita della Meccanica Quantistica La meccanica quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Il dibattito Einstein-Bohr ( ) Il problema della misurazione in meccanica quantistica Sia S un sistema fisico e A uno strumento di misura. Lo stato di S sia descritto da c1 ψ1 + c2 ψ2 e quello di A (inizialmente) da αi,... Allora l evoluzione del sistema complessivo S + A è esprimibile come segue: ΨiS+A = (c1 ψ1 + c2 ψ2 ) αi ΨfS+A = c1 ψ1 α1f + c2 ψ2 α2f ma ΨfS+A è uno stato puro diverso da una miscela statistica che vorrebbe ψ1 α1f con probabilità c1 2 e ψ2 α2f con probabilità c2 2 per le diverse letture su A. Cioè: c1 ψ1 α1f + c2 ψ2 α2f 2 6= c1 ψ1 α1f 2 + c2 ψ2 α2f 2 In ΨfS+A coesistono tutti gli stati che pure sono macroscopicamente distinti (stato inconcepibile). Bisogna ammettere il postulato di proiezione. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

16 La meccanica quantistica Il dibattito Einstein-Bohr ( ) Il gatto di Schrödinger ( Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik [L attuale situazione nella M.Q.], Die Naturwissenschaften 23 (1935), , ) [ristampato in Wheeler e Zurek (eds.), Quantum Theory of Measurement, Princeton 1983]: (c 1 ψ 1 + c 2 ψ 2 ) (GAT T O) i c 1 ψ 1 (GAT T O) vivo +c 2 ψ 2 (GAT T O) morto G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Forze e particelle Forze e particelle James Chadwick ed Étienne Bieler: prima evidenza delle interazioni nucleari (interazioni forti), quelle che tengono insieme neutroni e protoni nel nucleo atomico. La teoria arriverà solo negli anni 70 (cromodinamica quantistica) Enrico Fermi: interazioni nucleari (interazioni deboli). Prima teoria del decadimento β (un neutrone decade in un protone + elettrone + neutrino): n p + e + ν Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger, Richard P. Feynman: elettrodinamica quantistica, la prima teoria di campo quantistica prodromo agli sviluppi del Modello Standard delle particelle. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

17 Forze e particelle Che cos è una particella Che cos è una particella? Dal punto di vista sperimentale una particella è un pacchetto rivelabile di energia e impulso. Questo vale sia per le particelle sia per le quasi-particelle (fononi, plasmoni, ecc.) La teoria attuale della materia e dei campi prende il nome di Modello Standard delle particelle mec. quantistica + rel. ristretta = teoria quantistica dei campi. Costituenti della materia: leptoni e quarks. Proprietà di invarianza (simmetrie locali) specificano la natura e la struttura delle interazioni (elettrodeboli e forti). G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Forze e particelle G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) Padova, 21 febbraio / 49 Padova, 21 febbraio / 49 Che cos è una particella La nascita della Meccanica Quantistica

18 Forze e particelle Che cos è una particella G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Forze e particelle Che cos è una particella G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

19 Forze e particelle Che cos è una particella G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Forze e particelle Che cos è una particella G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

20 Forze e particelle Vedere il visibile e l invisibile Aumentando l energia aumenta la risoluzione. Le particelle possono comportarsi come onde la cui lunghezza d onda va come l inverso dell energia: più piccola è la lunghezza d onda (più alta è l energia) maggiore è la risoluzione. E = hν e ν = c λ λ = hc E E = mc 2. Una particella di massa m può essere creata solo se si dispone di abbastanza energia. Gli acceleratori si basano su questi due fondamentali caratteri (quantistico e relativistico) degli oggetti microfisici e, allo stesso tempo, permettono una loro verifica. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Forze e particelle Vedere il visibile e l invisibile G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

21 Forze e particelle Vedere il visibile e l invisibile G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Forze e particelle Vedere il visibile e l invisibile G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

22 Forze e particelle Vedere il visibile e l invisibile G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Dall ultra piccolo all ultra grande Dall ultra piccolo all ultra grande Ancora Einstein: Considerazioni cosmologiche nella teoria della relatività generale da cui prende le mosse la teoria del Big Bang. Il Modello standard delle particelle incontra il Modello standard dell Universo (la teoria del Big Bang). G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

23 Dall ultra piccolo all ultra grande G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato Sul versante filosofico: distinzioni obsolete? Teoria/esperimento Osservabile/inosservabile Induttivo/deduttivo G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

24 Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato Infine sarà bene riflettere ulteriormente sulla percezione immediata dei micro-oggetti e sulla ostensione, mediante la quale possiamo indicarli a un interlocutore. È frequente in una riunione di fisici vedere uno di essi che, indicando una zona di un fotogramma o di una diapositiva, dice: Questo è un elettrone, questo è un protone, e così via. Che cosa indica costui? Indica la traccia di granuli di argento anneriti (o di goccioline di nebbia o di bollicine) causata dalla particella che è passata di lì. È chiaramente il caso del leone di Herschel. Ma si badi bene che qui la teoria è indispensabile. Non è vero che qualcuno abbia mai veduto la vera e propria particella e che, resosi conto con quell osservazione che la particella genera quella traccia, abbia poi concluso che tutte le volte che c è quella traccia c è quella particella. Ma diciamo di più. G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49 Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato Alcune particelle non hanno carica elettrica (sono neutre) e non lasciano traccia alcuna. Eppure il fisico le vede lo stesso! Per esempio punta una zona del fotogramma e dice: Questa è una particella lambda. Come può farlo? In realtà lui e i suoi colleghi sanno - in base alla teoria che condividono - che due eventi separati sul fotogramma devono essere connessi dalla traiettoria rettilinea ed invisibile di quella particella neutra che ha trasmesso l azione. Ma, intendiamoci bene, nessuno di quei fisici fa ogni volta il ragionamento che gli permette di risalire dalla traccia alla particella. Chi è esperto del mestiere semplicemente vede un elettrone, un protone, una lambda, ecc. Oggi, partendo da certi effetti, sui quali non vogliamo dilungarci, si giunge perfino a vedere i quarks, che pure non possono esistere al di fuori dei sistemi di cui fanno parte. G. Toraldo di Francia, Le cose e i loro nomi, Laterza, Bari 1986, pp G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49

25 Conclusioni: anche su ciò di cui non si è parlato G. Peruzzi (Dip. di Fisica e Astronomia) La nascita della Meccanica Quantistica Padova, 21 febbraio / 49