FÖDELSEN AV KVANTMEKANIK

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1 Liceo Norberto Rosa Sede associata di Bussoleno Indirizzo Scientifico-tecnologico sperimentazione Brocca Approfondimento personale per l Esame di Stato FÖDELSEN AV KVANTMEKANIK LA NASCITA DELLA MECCANICA QUANTISTICA Emanuele Bianco Classe VC 1

2 INDICE Motivazioni della scelta 3 Gli inizi 4 Johannes Rydberg 5 Relazione di J. Balmer 6 Relazione di Rydberg e sviluppi 7 Binomio Planck-Einstein 9 Niels Bohr e l interpretazione di Copenaghen 14 Cenni a modelli atomici successivi 20 Riferimenti alla fisica nucleare e al dibattito etico sulla scienza 23 Conclusioni 26 Bibliografia 27 Sitografia 28 2

3 MOTIVAZIONE DELLA SCELTA L approfondimento è stato sviluppato per interesse personale su argomenti scientifici, soprattutto riguardanti la fisica teorica delle particelle, in una cornice formata dallo scambio interculturale Italia- Svezia. La motivazione personale che mi ha spinto a redigere questo approfondimento è stata la grandissima passione verso materie teoricosperimentali, come la fisica e la chimica, e verso il nuovo paese che ho conosciuto nel viaggio in Svezia. Grazie allo scambio sono riuscito a comprendere e capire nuovi modi di pensare che altrimenti mi sarebbero stati oscuri. Quando ho conosciuto quel popolo ho capito di voler esprimere al mondo che non esiste solo un pensiero unico, che ci sono altre possibilità. A quel punto ho deciso di occuparmi di ciò che ha sconvolto il mondo della fisica a tal punto di far crollare tutte le certezze fino ad allora accumulate in poche decine di anni. Mi sono così avvicinato al fantastico mondo della fisica quantistica cercando di spiegare in modo semplice e conciso ciò che portò ad una vera e propria rivoluzione. A proposito di ciò Einstein scrisse queste poche parole: «Se i fatti non corrispondono alla teoria, allora cambiate i fatti.» Einstein era quindi d accordo nell affermare che anche se un fatto sembra essere reale e immutabile, esso si dovrà cambiare alla luce di nuove scoperte come fu per la fisica ondulatoria. L obiettivo dell approfondimento è proprio quello di far passare il messaggio della possibilità del cambiamento e della diversità culturale che unisce il mondo intero. 3

4 GLI INIZI La meccanica quantistica nasce tra il XIX e il XX secolo a causa di un susseguirsi di risultati non accettabili per la fisica classica. In quegli anni si iniziavano ad ipotizzare teorie sulla forma degli atomi, in particolare quello dell'idrogeno, e soprattutto sulla disposizione degli elettroni nelle loro orbite. Tra i maggiori scienziati che provarono e/o riuscirono a trovare la soluzione a questo rompicapo abbiamo: - J.R. Rydberg, famoso fisico svedese che scoprì una formula esatta ma empirica della distribuzione energetica delle linee di assorbimento e/o emissione dei vari gas; - J. Balmer, professore ordinario della scuola secondaria in Svizzera che trovò, a partire dallo spettro dell'atomo di idrogeno, una formula sperimentale che ne descriveva lo spettro di emissione. - Walther Ritz, fisico teorico svizzero, stabilì una terza relazione del tutto simile a quella di Rydberg ma molto più sofisticata; - Max Planck, fisico tedesco, fu il padre fondatore della prima idea di quantizzazione della fisica moderna; - A. Einstein, fisico teorico tedesco che, come Planck, introdusse il quanto d'azione nella fisica per spiegare alcuni fenomeni quali l'effetto fotoelettrico; - Niels H.D. Bohr, famoso fisico danese che iniziò per primo l'era della fisica moderna, mettendo le basi necessarie alla comprensione della realtà infinitamente piccola; - Schrödinger, contribuì alla neonata meccanica quantistica, partita dalle ipotesi di Bohr, tramite la sua equazione dell onda ed è ricordato tutt'oggi per il famoso paradosso felino; - altri illustri scienziati furono : Heisenberg noto per il suo principio di indeterminazione, Jordan, Dirac, Born, de Broglie. 4

5 JOHANNES RYDBERG Essendo questa un area di progetto inerente lo scambio internazionale Italia-Svezia, essa riguarderà anche uno dei principali scienziati e fisici sperimentali svedesi: Johannes Robert Rydberg. Rydberg nacque l 8 novembre 1954 a Halmstad ( Svezia ) da Sven Rydberg e Maria Anderson; egli fu importante per i suoi studi inerenti gli spettri di emissione. Compì i suoi primi studi, fino al 1873, al ginnasio della sua città natale per poi iscriversi presso l università di Lund alla facoltà di matematica. Si laureò poi nella stessa università scrivendo una tesi di laurea sulle sezioni coniche. I due anni successivi alla laurea, e al premio che essa ricevette, furono decisivi per Rydberg in quanto egli decise di rivolgere la sua attenzione alla fisica, piuttosto che alla matematica teorica, occupandosi di fenomeni elettrici. Divenne docente straordinario prima ed ordinario poi avendo una cattedra di fisica all università di Lund. Successivamente, dal 1914 in poi, Rydberg si ammalò seriamente fino alla sua morte nel 1919 a Lund. Gli fu dedicato un asteroide denominato che viaggia a circa AU dalla terra nella fascia principale (la sua traiettoria è visibile in figura). 5

6 RELAZIONE DI J. BALMER Prima di passare alla vera e propria relazione di Rydberg, ci si vuole soffermare su una relazione precedente ad essa. Infatti, già nel 1885, il professor J. Balmer, studiando lo spettro di emissione dell'idrogeno, si accorse che tutte le righe dello spettro seguivano una determinata relazione. L'equazione proposta dal professore era di tipo totalmente empirico in quanto non derivava da alcun'altra relazione fondamentale della fisica classica. La formula di Balmer è: ( f =R 1 4 1n 2) (1) Nella formula: f frequenza di comparsa della riga di emissione; R costante ( chiamata in seguito di Rydberg ); 4 numero quantico principale che indica lo stato finale dell'elettrone; n numero quantico principale che caratterizza lo stato elettronico iniziale. Di conseguenza sarà possibile descrivere tutte le righe spettrali, comprese quelle che si addensano fino al valore H che corrisponde allo spettro continuo. 6

7 RELAZIONE DI RYDBERG E SVILUPPI In questa parte si approfondirà la relazione che si è dimostrata solida base per le teorie della meccanica quantistica. Rydberg propose la seguente equazione dopo aver sperimentato e descritto spettri di emissione di vari gas. Lo scienziato intuì che potesse sussistere una relazione tra le righe di emissione e i numeri quantici principali delle orbite elettroniche. Come abbiamo visto prima non inventò nulla di nuovo, ma riuscì a generalizzare un concetto già esistente. Decise di riprendere quindi la formula di Balmer e, ampliandone il concetto, elaborò la seguente relazione di carattere più generico: ( E nm =R 1 1 2) 2 n m A seconda del valore che n può assumere si sono distinte varie serie di righe spettrali: 1 Regione ultravioletta dello spettro elettromagnetico: 1.1 serie di Lyman ( n = 1; m 1 ) 2 Regione visibile: 1.1 serie di Balmer ( n = 2; m 2 ) 2 Regione infrarossa: 1.1 serie di Paschen ( n = 3; m 3 ) 1.2 serie di Brackett ( n = 4; m 4 ) 1.3 serie di Pfund ( n = 5; m 5 ) 7

8 Serie di righe spettrali per l atomo di idrogeno Spettro di emissione dell atomo di idrogeno 8

9 BINOMIO PLANCK EINSTEIN Le relazioni sopra descritte sono solo alcune delle fondamenta della meccanica quantistica e della teoria di Bohr. Oltre agli apporti sugli studi degli spettri di emissione, Bohr si basò anche sull emergente teoria dei quanti di energia di Planck ed Einstein. Essi iniziarono ad introdurre nella fisica il nuovo concetto di quantizzazione dell'energia supponendo che essa non sia una grandezza quelle che si sono andate a studiare. continua, bensì discreta. Questo concetto innovativo venne introdotto in seguito ad un problema che veniva a crearsi nel momento in cui si studiava la radiazione del corpo nero. Immaginando un edificio chiuso con solo una porta aperta, esso può rappresentare il nostro corpo nero, mentre le onde in uscita da esso sono Per primo Planck ipotizzò che le onde elettromagnetiche scambiassero energia con la materia in quantità multiple di una unità fondamentale, il quanto di energia: E = h f Dove nella formula: E dimensione del quanto di energia; h costante di Planck ( attualmente j s ) detto anche quanto d azione; f frequenza della radiazione ( Hz ). 9

10 Secondo la legge descritta da Planck per i corpi neri, l energia scambiata dall onda elettromagnetica deve essere sempre un multiplo di una unità fondamentale cioè il quanto d azione. Utilizzando l idea innovativa di Planck, in seguito si riuscirono a definire le strutture di particelle elementari quali elettrone, protone neutrone e molte altre ancora. Si ha quindi quella che viene definita quantizzazione dell'energia, cioè tutte le energie ( in questo caso dell'onda elettromagnetica nel corpo nero ) non sono scambiate in maniera continua, bensì in maniera discreta multipla di una costante fondamentale. Il concetto di discontinuità introdotto da Planck è ben spiegato da alcune, semplici parole dello scienziato Einstein: «Talune quantità possono variare in modo continuo ed altre variano, invece, a piccolissime porzioni non ulteriormente riducibili; queste porzioni indivisibili si chiamano quanti elementari della specifica grandezza cui si riferiscono... Pesando notevoli quantità di sabbia, la sua massa viene considerata come continua ma se si usa una bilancia molto sensibile, non potremmo fare a meno di tener conto che la massa varia sempre in ragione di un numero intero di granelli; aumentando la finezza delle misure si può giungere a constatare la variazione discontinua di una grandezza ritenuta continua.» 1 1 EINSTEIN-INFELD, L evoluzione della fisica 10

11 Partendo proprio dall ipotesi di Planck, Einstein si concentrò sull effetto fotoelettrico e su una sua possibile soluzione tramite l uso del nuovo concetto che circonda lo scambio di energia. Schema di funzionamento Grafico effetto fotoelettrico Alla sua epoca, la Fisica era in grado di spiegare, con precisione quasi assoluta, che la luce era una grandezza continua a cui quindi si poteva applicare in varie maniere la teoria ondulatoria. Secondo Einstein, invece, la luce, oltre ad avere una caratteristica ondulatoria, può comportarsi anche come insieme di corpuscoli che si propagano e che lui stesso chiamerà fotoni. I fotoni non sono altro che dei pacchetti di energia che la luce scambia con la materia che incontra. La sua ipotesi venne presa notevolmente in considerazione in quanto riusciva a spiegare fenomeni sperimentali che non potevano essere spiegati con la teoria ondulatoria quali l'effetto fotoelettrico. 11

12 Einstein spiegò così la sua interpretazione dell'effetto fotoelettrico: «Facendo l'ipotesi che la luce eccitatrice sia costituita di quanti di energia, la fotoemissione di raggi catodici si può spiegare nel modo seguente: i quanti di energia penetrano nello strato superficiale del corpo e la loro energia si trasforma, almeno in parte, in energia cinetica degli elettroni. Bisogna supporre che ogni elettrone, quando raggiunge la superficie del corpo e per poterlo abbandonare, debba effettuare un lavoro W caratteristico del corpo considerato. L'energia cinetica degli elettroni sarà, quindi, pari all'energia comunicata dai quanti e dipendente direttamente dalla frequenza f della luce eccitatrice, diminuita del lavoro necessario per staccare dal corpo gli elettroni stessi: E cin =h fl estrazione Riportando E cin su assi cartesiani in funzione di f, si ottiene una retta la cui inclinazione è indipendente dalla sostanza e pari, come valore, alla costante h introdotta da Planck per poter spiegare la radiazione termica; Le mie considerazioni dimostrano che il Signor Planck ha messo in piedi una ben più grande teoria della radiazione e che ha introdotto nella fisica un elemento ipotetico nuovo, il concetto di fotone.» 2 2 EINSTEIN, Emissione ed assorbimento della luce da un punto di vista euristico 12

13 Contemporaneamente alla chiusura sulla disputa inerente l'interpretazione dei fenomeni fotoelettrici, Einstein aprì un nuovo argomento di discussione attualmente dibattuto: la luce è un'onda oppure un cosiddetto «getto di fotoni»? È difficile trovare una spiegazione univoca perché la luce sembra comportarsi come onda in alcuni casi, come corpuscolo in altri ed in alcune occasioni addirittura come entrambi. Come disse Einstein: «Ci troviamo di fronte ad un nuovo genere di difficoltà rappresentata dal possesso di due opposte interpretazioni; da sola nessuna delle due spiega totalmente i fenomeni in cui è coinvolta la luce; insieme vi riescono.» 3 Ci ritroviamo così ad avere due teorie palesemente corrette, ma solo in determinate situazioni: si parla in questo caso di dualismo dell onda e di teoria ondacorpuscolo. In sostanza la luce sembra comportarsi come onda in esperimenti come la diffrazione e l'interferenza, mentre si comporta da corpuscolo in esperimenti come l'effetto fotoelettrico o l'effetto Compton. Einstein fu insignito del premio Nobel per la fisica nel 1921 per his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect" 4 ( letteralmente per i suoi servizi alla Fisica Teorica e particolarmente per la sua scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico ). 3 EINSTEIN-INFELD, L evoluzione della fisica 4 Citazione dalla scheda ufficiale sul sito nobelprize.org 13

14 NIELS BOHR E L'INTERPRETAZIONE DI COPENAGHEN I precedenti paragrafi sono serviti come preambolo per ciò che ora si affronterà: il modello della struttura atomica dell idrogeno di Niels Henrik David Bohr. Bohr fu uno dei più stimati e conosciuti scienziati del XX secolo: egli nacque e visse in Danimarca e soprattutto a Copenaghen dove studiò alla facoltà di fisica. Anche a lui fu dedicato un asteroide nella fascia principale detto 3948 in figura. Nei suoi primi anni di studi si dedicò a lavori teorico-sperimentali per conto dell'università, per poi spostarsi in Inghilterra a studiare le radiazioni con fisici del calibro di Ernest Rutherford. Bohr studiò e prese in considerazione quello che in quegli anni era il modello atomico affermato: l atomo di Rutherford. Egli però rimase perplesso, come tanti scienziati suoi contemporanei, perché quel modello spiegava la struttura dell atomo, ma non era stabile. 14

15 Perciò egli dedicò anni di studi per completare il lavoro sui modelli atomici dell epoca. Per comprendere meglio i lavori di Bohr, citeremo brevemente il modello atomico di Rutherford. Secondo lo scienziato neozelandese, l atomo è formato da un piccolo nucleo centrale positivo ( raggio ) e da elettroni carichi negativamente in un raggio più ampio ( raggio ). Gli elettroni ruotano intorno al nucleo e vengono attratti da esso grazie alla forza elettromagnetica. Il modello, di concezione classica, prevedeva in modo ottimale le caratteristiche fisiche e chimiche dell atomo ( secondo la tavola periodica di Mendeleev ), però aveva un problema: secondo la fisica classica, gli elettroni avrebbero dovuto collassare sul nucleo, perdendo energia sotto forma di onde elettromagnetiche, in soli 10-7 s. Ciò è palesemente falso in quanto tutta la natura che la fisica stessa studia è composta da atomi stabili i cui elettroni non collassano, salve alcune eccezioni, sui rispettivi nuclei. Bohr decise quindi di rivisitare queste idee e, traendo spunto dai lavori di Rydberg, Balmer, Planck ed Einstein, descrisse un nuovo tipo di modello atomico basato principalmente sulla quantizzazione dei livelli energetici. Come disse Bohr: «Il risultato di tutto questo sembra essere una diffusa coscienza della inadeguatezza della elettrodinamica classica quando si tratta di discutere sistemi di dimensioni atomiche. Sembra necessario introdurre nelle relazioni del moto degli elettroni una quantità sconosciuta all elettrodinamica classica, cioè la costante di Planck o quanto elementare di azione...»5 5 BOHR, La costituzione degli atomi e delle molecole, pubblicato su Philosophical magazine and journal of science 15

16 Avendo intuito che sussisteva una relazione tra gli elaborati di Planck e i suoi studi, mise a punto il nuovo modello cercandosi di fondare su alcuni principi base: I. «L equilibrio dinamico di sistemi in stati stazionari può essere discusso sulla base della meccanica ordinaria, mentre il passaggio dei sistemi da uno stato stazionario all altro non può essere trattato nello stesso modo.» II. «Il passaggio da uno stato stazionario all altro è seguito da emissione di radiazione omogenea la cui frequenza è legata all energia emessa secondo la teoria di Planck.»6 L atomo, secondo Bohr, è costituito da un nucleo centrale fisso e da elettroni mobili esattamente come quelli di Rutherford; in questo modello però gli elettroni si posizionano in stati stazionari circolari e non più in orbite indistinte. Per lo scienziato danese gli elettroni ritornano sempre al loro stato stazionario di base, dopo un periodo di tempo, in seguito all eccitazione dovuta a immissione di energia nel sistema. 6 BOHR, La costituzione degli atomi e delle molecole, pubblicato su Philosophical magazine and journal of science 16

17 Per calcolare quindi le energie possedute dagli elettroni nelle orbite stazionarie, Bohr decise di introdurre il principio di corrispondenza, ossia: «Assumeremo che le condizioni da usare per stabilire le energie negli stati stazionari siano tali che le frequenze f, al limite quando il moto in stati stazionari successivi differisce molto poco, tenda a coincidere colle frequenze che sono da attendersi in base alla teoria classica ordinaria per il moto in queste orbite stazionarie.» La frase di Bohr sta a significare che, per semplificare, si ammette che le frequenza al limite dei numeri quantici si possa calcolare tramite la fisica classica per avere un risultato accettabile. Da queste considerazioni Bohr riuscì a ipotizzare alcuni dei valori permessi di: momento angolare dell elettrone attorno al nucleo L e = m e v e r = nħ dove: n numero quantico principale ħ= h 2π raggio dell orbita dell elettrone r =a 0 n 2 5, m dove: a 0 = ħ4πε 0 me 2 17

18 nel caso in cui l'elettrone sia nello stato stazionario di base ( n=1 ) il raggio, detto anche raggio di Bohr dell'idrogeno, diventa: r =a 0 n 2 =a , m energia dell elettrone me 4 E n = ħ 2 2(4 πε 0 ) 2 2= 13,6eV n n 2 = 2, j n 2 dove 13,6 ev rappresenta l energia di ionizzazione dell idrogeno. I livelli energetici sono necessari per calcolare l'energia del fotone che emette l'atomo durante la fase di decadimento dell'elettrone da un livello più alto ad uno più basso. Per esempio se l'elettrone scende dal livello 3 al livello 4 si avrà: ( E 4 E 3 = 2, ) 16 2, =1, j + 2, j =1, j Dall'energia ricavata si può poi calcolare la lunghezza d'onda per scoprire di che onda elettromagnetica si tratta: E 4 3 =h c λ λ= h c E 4 3 = 6, , =1, m 18

19 l'onda fa quindi parte delle radiazioni infrarosse come mostrato in figura: Come si può evincere dall esempio questo è solo uno dei possibili salti che l elettrone può compiere da un livello all altro; di conseguenza per ogni salto ci sarà una frequenza di radiazione diversa a seconda del fotone emesso. Se poi si cercano tutti i possibili salti degli elettroni che emettono fotoni nello spettro della luce visibile, allora si otterrà quello che viene chiamato spettro di emissione dell atomo di idrogeno. Bisogna inoltre precisare che il modello atomico di Bohr è valido solo per gli atomi di idrogeno e per i gli altri atomi che possiedono un elettrone spaiato esterno. 19

20 CENNI A MODELLI ATOMICI SUCCESSIVI Dopo il modello atomico di Bohr, alcuni altri scienziati iniziarono a studiare anch essi il mondo atomico. Uno di questi fu Arnold Sommerfeld, fisico di origini prussiane, che nel 1915 sviluppò un nuovo modello atomico basato sul numero quantico orbitale. Esso veniva associato al numero quantico principale per descrivere le diverse eccentricità che le orbite degli elettroni potevano effettuare. Questo numero, detto l, veniva assegnato con valori da 0 a n-1, dove 0 rappresenta la massima eccentricità, mentre n-1 la minima ( quella più vicina a rappresentare una circonferenza ). Come si può evincere dalle figure ogni livello con numero quantico principale maggiore possiede una possibilità maggiore di orbite elettroniche. Attraverso la variante apportata dal fisico tedesco, il modello è in grado di rappresentare non solo gli atomi di idrogeno, ma anche molti altri come l elio ( che non verificava il comportamento di alcune righe dello spettro di emissione). Con l atomo di Sommerfeld-Bohr si inizia quindi a capire l importanza di definire nuovi numeri quantici e regole per descrivere 20

21 più accuratamente il mondo microscopico di cui siamo fatti. Negli anni successivi si trovarono quindi due nuovi tipi di numeri quantici: il numero quantico magnetico e quello di spin. Il primo si introdusse per spiegare l effetto Zeeman, cioè quando un atomo è immerso in un campo magnetico, esso cambia le proprie righe spettrali formando al posto di singole linee dei multipletti ( linee doppie più sottili ). Il numero quantico magnetico ( m ) descrive la componente z del momento angolare orbitale ed è associata al numero quantico orbitale ( m può variare di numeri interi da -l a +l ). Il secondo, detto di spin ( s ), fu introdotto nel 1925 da due fisici olandesi, George Uhlenbeck e Samuel Goudsmit, in seguito all osservazione degli spettri di emissione di alcuni metalli alcalini. Esso è legato al moto di rotazione dell elettrone attorno al proprio asse e può assumere valori semi-interi di ½ e ½ ( detti fermioni ) oppure valori interi ( detti bosoni ). Un ulteriore passo avanti nella definizione del modello atomico fu l equazione probabilistica di Schrödinger. Il fisico tedesco la formulò nel 1926 per descrivere l andamento delle particelle materiali ( come l elettrone ) durante uno specifico tempo. La funzione ha formula: ψ ( x,y,z;t ) 21

22 Ciò che rivoluzionò il modo di pensare gli elettroni fu proprio la probabilità: da questo momento in poi la posizione delle particelle non è più identificabile in un punto definito ma in un volume definito dalla funzione stessa. È poi proprio dalla funzione d'onda che si partì per studiare la vera posizione degli elettroni non più in orbite circolari o ellittiche, bensì in volumi detti orbitali. esempi di orbitali atomici L'orbitale non è altro che una porzione di spazio in cui è più o meno probabile trovare l'elettrone in un determinato istante di tempo: il quadrato della funzione d'onda ψ è proprio legato alla posizione dell'elettrone. 22

23 In seguito a tutte queste scoperte, gli scienziati vollero trovare ciò che veramente componeva, e compone tutt'ora, la base della materia. Da tutto ciò nacque la fisica nucleare o subatomica che si occupava di indagare ciò di cui sono composti i nuclei atomici e le particelle elementari in genere. Famoso per questi studi è Enrico Fermi che con il suo team ( Pontecorvo, Majorana, Segrè ed Amaldi ) allargarono le conoscenze sulle particelle elementari fino al premio Nobel del RIFERIMENTI ALLA FISICA NUCLEARE E AL DIBATTITO ETICO SULLA SCIENZA Tutta la fisica descritta sopra portò, nel bene e nel male, allo sviluppo di tecnologie avanzate che permisero, tra le altre cose, di costruire la bomba atomica. Il pensiero comune è molto spesso quello di giudicare negativamente gli studi compiuti in questo campo; in realtà essi hanno portato notevoli altre migliorie come ad esempio le centrali nucleari per la produzione di energia elettrica alternativa allo sfruttamento dei combustibili fossili. Durante la seconda guerra mondiale, ma soprattutto durante la guerra fredda, i fisici nucleari si divisero su tre principali fronti. Il primo era quello di entrare a far parte del progetto Manhattan andando a sviluppare la bomba atomica per contrastare l'avanzata dell'asse tripartito durante la guerra. Proprio Fermi ed Einstein, con altri fisici europei e 23

24 americani, si cimentarono in questo progetto anche per sfuggire alle leggi razziali che vigevano in Europa. Il secondo era quello di andare a sviluppare tecnologie per paesi nemici agli USA ( prima il terzo Reich e poi per l'urss ). Di questi i più famosi erano Otto Hahn e Fritz Strassmann che scoprirono per primi i prodotti della fissione nucleare dell'uranio. Vi era però anche una terza via che i fisici poterono prendere: aggregarsi al nuovo istituto, il NORDITA. Il NORDITA ( Nordic Institute for Theoretical Physics ) nacque grazie alla collaborazione attiva di tutti i paesi cosiddetti nordici ( Danimarca, Islanda, Svezia, Norvegia e Finlandia ) per studiare la fisica teorica e soprattutto quella nucleare. L'istituto fu fondato dallo stesso Niels Bohr, dal ministro svedese Torsten Gustafsson e con il patrocinio finanziario del Concilio dei Ministri Nordico. In principio il NORDITA era situato all'università di Copenaghen nell'istituto Niels Bohr ed in seguito, nel 2007, fu spostato all'università di Stoccolma e viene tutt oggi ospitato dal KTH (Kungl Tekniska Högskolan istituto reale per le tecnologie). Il polo scientifico ha l obiettivo di unire tutta la conoscenza in ambito fisico-teorico dei paesi nordici per arrivare a scoperte comuni. 24

25 Per fare ciò, l istituto ha predisposto dei cosiddetti programmi scientifici, cioè settimane di meeting dei più grandi scienziati internazionali per approfondire e scambiare informazioni a proposito dell argomento per cui è stato indetto il programma stesso. I programmi sono ormai talmente ampi che riguardano un po tutti gli argomenti della fisica: dall astrofisica alle reti neurale, dalla fisica subatomica allo studio dei superconduttori. È proprio questo tipo di collaborazione, totalmente pacifica, che rappresenta uno dei nuovi fronti della ricerca scientifica anche in campo etico. Il più visibile dei risultati della collaborazione tra questi paesi è proprio il simbolo caratteristico di NORDITA che unifica tutti i colori delle bandiere nazionali. 25

26 CONCLUSIONI Il dibattito apertosi nel novecento sul ruolo della fisica, e della scienza in generale, non si è tutt ora concluso a fronte di sempre nuove scoperte e applicazioni. Ciò accade a causa della grande influenza che l etica esercita sugli scienziati al fine di moderare le loro innovazioni che non sempre hanno risvolti positivi. Uno di questi fu proprio la bomba atomica che fu sviluppata solo per scopi militari, e alle volte anche all insaputa degli stessi scienziati che lavoravano al progetto, a cui Einstein dedicò queste semplici parole: «L'uomo ha inventato la bomba atomica, ma nessun topo al mondo costruirebbe una trappola per topi.» Einstein, come un po tutti noi, voleva un mondo più pacifico e riparato dalle catastrofi che si stavano per avvicinare nel periodo del dopoguerra. L aforisma sta quindi a indicare che l uomo deve riflettere sullo stato del suo mondo e sulla sua proverbiale capacità di autodistruggersi. L approfondimento che ho svolto mi ha fatto capire che la scienza deve prendere coscienza di sé per cercare di produrre qualcosa che sia utile alla società. Un esempio potrebbe essere il campo biomedico dove già ora si utilizzano sistemi come i laser e le radiografie per diagnostica e curare alcuni mali che affliggono la nostra specie. Finendo con una citazione di Schrödinger: «Gli elementi costitutori dell'essere vivente non sono opera umana, ma il più bel capolavoro mai compiuto da Dio, secondo le linee della meccanica quantica.» 26

27 BIBLIOGRAFIA G. CATANIA, Da Thomson ad Heisenberg il significato della meccanica quantistica, Brescia, Editrice La Scuola, E. SEGRÈ, Personaggi e scoperte della fisica contemporanea da Rutherford ai quark, Farigliano, Arnoldo Mondadori Editore, M. FANFONI, A. SGARLATA, M. TOMELLINI, Idrogeno ed elio: atomi di storia, in Didattica delle scienze, n 264, anno 2009, pag. 37 a 40. R. BONIFACIO, A. BORGHESE, Misteri e paradossi della fisica quantistica, in Didattica delle scienze, n 207, anno 2000, pag. 22 a

28 SITOGRAFIA /tesina_109_meccanica_quantistica.zip, Linee generali sulla nascita della meccanica quantistica Redazione della vita di Johannes Rydberg. Problema del corpo nero e dell effetto fotoelettrico. a%20fine.pdf, Relazione di Rydberg e atomo di Bohr. La costante di Planck. ne-2-1.pdf, Modelli atomici. Regole di quantizzazione dell atomo di Bohr. Principio di corrispondenza. Orbite degli asteroidi Rydberg e Bohr citazioni di Bohr, Einstein e Schrödinger. immagine di copertina. 28