Come base di una tecnologia di consumo che comprende il laser e il transistor, la meccanica quantistica è tutt'altro che nuova (il "quanto di energia" è familiare anche ai profani), e resta però, nei suoi fondamenti concettuali, un enigma inquietante. Visti da vicino, i fenomeni più semplici pongono continue sfide alla logica e al senso comune, e se la scoperta da parte di Einstein che lo spazio e il tempo sono di fatto un "continuum" deformabile colse il mondo di sorpresa, la nuova meccanica, rivelando un elemento di incertezza e di imprevedibilità al fondo delle cose, fu un vero e proprio trauma, dal quale la fisica non si è mai del tutto ripresa.
Come base di una tecnologia di consumo che comprende il laser e il transistor, la meccanica quantistica è tutt'altro che nuova (il "quanto di energia" è familiare anche ai profani), e resta però, nei suoi fondamenti concettuali, un enigma inquietante. Visti da vicino, i fenomeni più semplici pongono continue sfide alla logica e al senso comune, e se la scoperta da parte di Einstein che lo spazio e il tempo sono di fatto un "continuum" deformabile colse il mondo di sorpresa, la nuova meccanica, rivelando un elemento di incertezza e di imprevedibilità al fondo delle cose, fu un vero e proprio trauma, dal quale la fisica non si è mai del tutto ripresa.
Il seminario contiene alcuni elementi introduttivi alla Meccanica Quantistica, con qualche indicazione didattica per l’insegnamento nella scuola secondaria superiore. Si fa riferimento soprattutto al comportamento fuori dal comune di due tra i costituenti fondamentali del mondo microscopico: l’elettrone ed il fotone. Si menzionano gli esperimenti che hanno condotto alla loro scoperta e che evidenziano il loro comportamento particellare. Tuttavia essi manifestano proprietà ondulatorie complementari a quelle particellari. Il legame tra i due aspetti è espresso dalle relazioni diPlanck - Einstein - de Broglie. Tali relazioni introducono la costante universale di Planck, la quale caratterizza il carattere quantizzato della Natura. Questa è la nozione attorno alla quale si sviluppa la nostra concezione del mondo fisico. Pertanto si spendera’ qualche dettaglio attorno ad alcune proposte didattiche per una sua misura.
Il tempo rappresenta uno degli enigmi condivisi tra psicologia e fisica teorica. Da un lato, la psicologia lo descrive come esperienza soggettiva, narrativa e clinicamente rilevante: il tempo vissuto plasma l'identità, il trauma e la cura. Dall'altro, la meccanica quantistica tratta il tempo come parametro esterno, privo di operatore proprio, che a scale fondamentali potrebbe emergere da relazioni più profonde. Le convergenze tra le due prospettive (indeterminazione, non-linearità, ruolo dell'osservatore) suggeriscono un'epistemologia aperta, capace di interrogare insieme i fondamenti della mente e della realtà fisica.
La meccanica quantistica è una delle più grandi conquiste intellettuali del xx secolo. Le sue leggiregolano il mondo atomico e subatomico e si riverberano su una miriade di fenomeni del mondomacroscopico, dalla formazione dei cristalli alla superconduttività, dalle proprietà dei fluidi a bassatemperatura agli spettri di emissione di una candela che brucia o di una supernova che esplode, daimeccanismi di combustione della fornace solare ai principi di base delle nanotecnologie. Non c’èquasi nulla nel mondo che ci circonda su cui non soffi l’alito delle leggi quantistiche. Tuttavia, per come è usualmente presentata nei libri di testo, la meccanica quantistica è sostanzialmenteun’insieme di regole per calcolare le distribuzioni di probabilità dei risultati di qualunqueesperimento (nel dominio di validità della meccanica quantistica). In quanto tale, non ci forniscedirettamente una descrizione della realtà. Una descrizione della realtà, cioè un’ ontologia, dovrebbedirci che cosa c’è nel mondo e come si comporta, quali sono i processi che si realizzano a livellomicroscopico e, di conseguenza, fornirci una spiegazione del formalismo quantistico.
Si può restare senza fiato di fronte alla maestosità delle Dolomiti anche senza doverle per forza scalare. Ci si può emozionare di fronte a un brano musicale senza essere Mozart. Allo stesso modo, è possibile avvicinarsi al mondo dei quanti anche senza essere dei fisici. Questo libro spiega come. La fisica quantistica è probabilmente la più profonda rivoluzione della scienza e del pensiero moderni. Frutto di uno sforzo corale permeato di umanità, ci ha costretto ad abbandonare solide certezze tanto da farsi rinnegare da alcuni tra coloro che l’avevano pensata. La quantistica ci ha permesso di superare i limiti della fisica classica nello spiegare l’infinitamente piccolo e ha schiuso una finestra su un panorama di conoscenze che dà brividi ed emozioni, conducendoci al cuore del mondo. Questo libro non ha la pretesa di trasformare lettrici e lettori in donne e uomini di scienza (fosse così facile!) ma permetterà di stupirsi e godere della meraviglia di una tra le più affascinanti conquiste dell’intelletto umano, attraverso cinque idee fondamentali che sono alla base della rivoluzione dei quanti: discontinuità, identità, futuro, indeterminazione, relazione. Cinque idee intrise di umanità, perché poche branche della fisica sono riuscite a coinvolgere tanti aspetti del nostro vivere in una delle costruzioni più geniali dell’intelletto. In cinque atti unici, alla portata di tutti e di tutte, scopriremo i capisaldi dell’architettura quantistica, che danno forma a tante applicazioni che hanno cambiato e cambieranno il mondo e miglioreranno l’ambiente, dal laser alla medicina, dai computer quantistici alle celle solari.
Il concetto di trasformazione tra sistemi di riferimento e racchiuso nell'idea di simmetria. Definiti, nel primo capitolo, i concetti di simmetria fisica e algebrica, si osserva come in meccanica quantistica ogni simmetria algebrica possa essere estesa ad una simmetria fisica. Usando alcuni risultati della teoria delle rappresentazioni, brevemente esposti nel secondo capitolo, verra affrontato l'argomento principale del lavoro di tesi: la ricerca di una descrizione quanto-meccanica della fisica in sistemi di riferimento non inerziali. Nel terzo capitolo si propone un'analisi della generalizzazione del gruppo delle rototraslazioni: un gruppo di dimensione infinita ad un parametro, chiamato gruppo lineare euclideo. Trovati i generatori del gruppo ad un parametro si costruiscono gli operatori unitari associati: essi, agendo sull'hamiltoniana, danno luogo a termini analoghi alle forze fittizie nell'equazione di Schroedinger. Viene infine proposta una discussione dei termini aggiuntivi che appaiono nell'hamiltoniana e della loro relazione con la presenza di un potenziale gravitazionale.
Dall'analisi risulta che il prinipio di equivalenza, illustrato nell'introduzione, viene generalmente violato in meccanica quantistica.
La discussione su che cosa sia un oggetto fisico è stata tradizionalmente affrontata in ambito filosofico, acquistando via via nuovi connotati con lo sviluppo della fisica moderna e, successivamente, della psicologia e delle neuroscienze. Solo utilizzando congiuntamente le acquisizioni provenienti da questi diversi settori del sapere, si può tentare oggi di dare risposte a domande del tipo: Il mondo è fatto di oggetti? Di cosa parliamo quando parliamo di oggetti? Da dove proviene la nostra consuetudine all’oggettuazione, e cioè ad analizzare ciò che ci circonda facendo leva sulla nozione di oggetto? Nell'articolo non si cercherà di rispondere direttamente a domande così generali, si cercherà invece, più limitatamente, di comprendere quale sia il punto di vista della fisica sulla questione degli oggetti attraverso un excursus che ha come filo conduttore una disamina dei metodi sperimentali utilizzati per “vedere” gli oggetti fisici alle diverse scale di grandezza. Dopo una breve rassegna delle macchine che ci fanno vedere gli oggetti fisici di diversa dimensione, si cercherà di capire che cosa sono oggi per i fisici le particelle, cioè quei particolari oggetti microfisici per descrivere i quali si usa una teoria, la meccanica quantistica, la cui modalità di oggettuazione è radicalmente diversa da quella utilizzata nell’ambito degli oggetti dell’esperienza quotidiana. Si passerà poi ad analizzare in che modo si realizza sperimentalmente la visione degli oggetti invisibili. A questo punto si potrà tentare di rispondere alla domanda: costruire gli oggetti della fisica implica una o molte modalità di oggettuazione? Infine, si tornerà su alcune delle questioni generali di carattere filosofico relative all’oggetto fisico.