Le particelle non hanno “posto”. Ci sono solo onde di probabilità

Immaginiamo un bagno vuoto. Una palla lanciata in questa vasca seguirà un percorso e si dipanerà tra le curve, le cavità, le eventuali scanalature antiscivolo. Riempiamo ora la vasca di liquido opaco, che non ci mostrerà più le forme del fondo: lo so, acqua e inchiostro. Se lanciamo un’altra palla, affonderà e creerà piccole onde sulla superficie dell’acqua. Se è stato chiesto in precedenza, “dov’è il file palla? “avremmo potuto rispondere con certezza in qualsiasi momento, ora la domanda ci avrebbe colto un po ‘alla sprovvista:’ È sott’acqua, proprio non lo so. Per quanto ne so, può essere ovunque.” Proprio lì squillò il telefono. il nostro amico fisico che ha anche riempito la sua vasca con acqua e inchiostro, sembra che sia un modo strano, ci chiama per raccontarci una scoperta sensazionale: le onde che si alzano sulla superficie dell’acqua dal punto di affondamento della palla , non è semplice onde d’acqua, ha un significato più profondo: la sua larghezza indica la probabilità di trovare la palla in un punto se mettiamo la mano nell’acqua lì.

“Se tuffi la mano su una cresta dell’onda, vedrai che è molto più probabile trovare la palla che pescare altrove”, dice. Sebbene la teoria sembri bizzarra e improbabile, decidiamo di testarla. Dopo tanti, tanti, tanti, tanti, tanti tuffi, sembra che l’idea improbabile del nostro amico spieghi la realtà. La probabilità di trovare la palla in ogni punto corrisponde perfettamente all’ampiezza dell’onda. Ma questo non è niente in confronto a ciò che abbiamo scoperto conducendo l’esperimento. Ogni volta che la mano sommersa trova e afferra la palla, l’oscillazione dell’acqua si ferma immediatamente! La superficie è completamente piatta ad eccezione del nostro braccio subacqueo. L’amico fisicamente in effetti non sembra turbato come noi. ‘Bene, naturalmente’, ci dice, ‘quando la tua mano trova la palla in un certo punto, per esempio sopra il foro di scarico, la probabilità che la palla sia sopra lo scarico è immediatamente certa, e la probabilità che la palla sia in qualsiasi diverso da quello che diventa immediatamente zero. La superficie dell’acqua deve quindi tornare piatta ”, conclude coraggiosamente, come se non si accorgesse che quanto si dice è contrario a ogni intuizione e buon senso.

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L’immaginazione sta iniziando a diventare piuttosto impegnativa, giusto? Tuttavia la realtà è al livello più fondamentale conosciuto, cioè al livello di costituenti elementari della materia, funziona più o meno così, anzi si sposta ancora di più dalla nostra intuizione e dalle nostre convinzioni.

A livello di particelle elementari, dice la meccanica quantistica, non solo esistono onde di probabilità non solo collassano non appena una particella elementare viene “afferrata” durante un esperimento come nel nostro assurdo esempio del serbatoio, ma dobbiamo anche dimenticare il fondo del serbatoio e la palla . Ci sono solo onde di probabilità. Dobbiamo smetterla di pensare al fotone, all’elettrone e ad altre particelle elementari come sfere che si trovano nel spazio, che possiamo seguire e di cui possiamo prevedere il movimento. Addio determinismo, addio fisica classica. I nostri oggetti e sistemi che possono essere descritti in modo deterministico che ci sono così cari sono solo l’approccio di un mondo microscopico in cui non ci sono sfere e particelle come siamo abituati a pensare, ma – cosa vogliamo chiamarlo, entità? che cos’è? Stato? – cose che possiamo solo descrivere probabilità di trovarsi in una certa posizioneo per avere una certa proprietà, come la velocità. E questa probabilità si sviluppa nel tempo dopo un’equazione (equazione di Schroedinger), molto simile all’equazione che descrive il moto di un’onda emanata da una palla che cade nell’acqua. Queste cose, queste entità, le vediamo solo quando si manifestano in uno dei nostri strumenti di misura (come l’occhio per i fotoni). Cioè, solo quando hanno a che fare con qualcos’altro.

Un pensiero confortante, che ci ha confortato anche quando abbiamo conosciuto per la prima volta l’argomento dell’Università, è che l’incertezza intrinseca del meccanica quantistica è solo una conseguenza del fatto che i nostri strumenti, sia quelli di misura che quelli di matematica, sono limitati. A livello fondamentale, il mondo è effettivamente deterministico, ma non abbiamo strumenti sufficienti per accedervi. La palla lanciata nella vasca con acqua e inchiostro segue una traiettoria precisa e deterministica. Sono i nostri occhi che non possono vedere il liquido opaco, e la descrizione dell’onda di probabilità con tutte le sue peculiarità è quindi solo un’approssimazione a causa della nostra ignoranza. Comfort, non c’è niente da dire: peccato che non lo sia! O meglio, molti fisici dai primi anni del 1900 ad oggi hanno cercato di reinterpretare la meccanica quantistica come approccio a una teoria deterministica più fondamentale, ma il costo è sempre quello di non superare test sperimentali che superino la meccanica quantistica con bandiere sventolanti, o di introdurre idee che sono più difficili da accettare (almeno per noi), come infiniti universi paralleli. Forse dovremo lasciarci accettare che il mondo microscopico è molto più strano di quanto vorremmo che fosse, che i costituenti elementari della materia sono arbitrari e non deterministici.

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Ci fermiamo qui; questo articolo è abbastanza lungo e così difficile. Là probabile descrizione è la base della meccanica quantistica. Tra due settimane proveremo a farti conoscere il fantastico mondo dell’entanglement, l’effetto tunnel e le altre conseguenze che ne derivano.

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