Meccanica quantistica: una animazione

Aristotele aveva iniziato a studiare le leggi fisiche per capire il senso della realtà e della vita. Non avendo ottenuto alcun risultato per questa via, fondò la Metafisica basata solo sulla forza della Ragione.
Inizialmente pure Agostino pensava che la ricerca del significato del mondo dovesse fondarsi sulla Fisica. Infatti aderì al Manicheismo che sosteneva di conoscere il segreto del moto dei pianeti. Dopo essersi accorto che i manichei giocavano con le parole, Agostino accolse la Rivelazione cristiana e la fuse con la Metafisica.
Trascorsi vari secoli, Kant si accorse che la Ragione, da sola, non poteva farcela. Mostrò che essa non era in grado di risolvere le famose quattro antinomie:

Prima antinomia

  • – il mondo ha un inizio nel tempo e, nello spazio, è chiuso dentro limiti
  • – il mondo è infinito sia nel tempo che nello spazio.

Seconda antinomia

  • – ciascuna cosa è composta da parti semplici (atomi)
  • – non esiste nulla di semplice, ogni cosa è complessa

Terza antinomia

  • – nel mondo esiste la libertà
  • – nel mondo non c’è nessuna libertà, ma tutto accade unicamente secondo leggi della natura

Quarta antinomia

  • – esiste un essere necessario che è causa del mondo
  • – non esiste alcun essere necessario, né nel mondo né fuori dal mondo, che sia causa di esso

Allora, per andare avanti, bisogna ritornare all’indagine scientifico/sperimentale del mondo fisico, per tentare di avvicinarsi alla cosa in sé.
Forse adesso si può dire qualcosa sulle prime due antinomie; questo articolo parla della seconda tra esse.

Fino a pochi decenni fa, l’atomismo sembrava trionfante. Gli atomi della tabella di Mendeleev erano stati bensì scomposti in particelle più piccole (protoni, neutroni, elettroni… ), ma bastava assumere come fondamentali queste particelle. Poi la teoria disse che i protoni ed i neutroni tanto fondamentali non erano, perché a loro volta composti da vari quark. Ma la svolta contro l’atomismo era nata già negli anni Venti del secolo scorso, con l’equazione di Schrödinger. In sintesi questa equazione dice che le particelle, intese come sferette materiali, NON esistono. Esistono invece delle oscillazioni che si estendono a tutto lo spazio. Ad esempio, un elettrone libero non è una minuscola pallina che si muove di moto rettilineo, ma è un’onda uniforme che occupa tutto lo spazio. Un elettrone attratto da un nucleo atomico non è simile ad un pianetino che ruota attorno al sole, ma è un’onda chiusa su se stessa e diffusa attorno al nucleo. Siccome un’animazione vale diecimila parole, eccone una (cliccare qui) che mostra il moto di un elettrone in una dimensione. E’ opera dell’università del Colorado.

Questo argomento non è semplicissimo; proviamo a commentare l’animazione nel caso particolare illustrato nella figura sottostante, scegliendo

All’istante zero vediamo che l’elettrone non è un semplice punto, ma occupa un’estensione spaziale: nel nostro caso si estende per 2 nm. Vediamo inoltre che, per motivi matematici, l’onda (wave) è composta da due parti: la parte reale R e la parte immaginaria I. Sotto la funzione d’onda vediamo la probabilità P di trovare l’elettrone in un certo punto dello spazio. Questa probabilità è data dalla formula P = R2 + I2 (questo spiega perché abbiamo bisogno di due onde per descrivere l’elettrone). Adesso clicchiamo (nell’animazione) sul tasto Make Quantum Measurement: facciamo cioè una misura per trovare la posizione dell’elettrone ed il risultato più probabile è appunto di trovarlo nel punto di P massima.
Ora, per pulizia, clicchiamo sul tasto Restart e poi clicchiamo sul tasto Play . Vedremo l’elettrone che si muove slabbrandosi sempre più finché non sarà più possibile localizzarlo nell’infinità dello spazio: la probabilità P si uniforma al valore zero dappertutto.

Non solo il comportamento dell’elettrone non ha niente a che fare con quello di una particella, ma c’è un’altra stranezza.
Consideriamo tutti gli elettroni ora esistenti: il loro numero non è fisso, ma può aumentare quando l’energia del vuoto crea una coppia elettrone/antielettrone e può diminuire quando un elettrone viene assorbito dal vuoto, cedendo energia. Tutto ciò vale anche per le altre “particelle” fondamentali. Sembra proprio che la realtà ultima della materia sia questa misteriosa energia, diffusa ovunque.

Per concludere: questi argomenti di fisica quantistica sono complessi, però bisogna stare attenti ad affermare che la seconda antinomia di Kant sia banale.

 

Meccanica quantistica: una animazioneultima modifica: 2010-02-21T21:20:00+01:00da virclarissimus
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3 pensieri su “Meccanica quantistica: una animazione

  1. A parte che non sono riuscito a vedere l’animazione, che comunque suppongo sia come una simulazione, di cui la scienza, purtroppo si serve spesso per ipotizzare dei comportamenti di questa o di quell’altra particella, tra le circa 300 ipotizzate, senza approdare da nessuna parte. Alla base delle tante ipotetiche immaginazioni che si fanno in nome della scienza, c’è sempre una enorme lacuna, solo ipotesi e nessuna dimostrazione. questo perchè. la scienza brancola nel buio, non sa ancora spiegare, non dico l’origine della materia, che è pur sempre una cosa molto semplice, ma non sa ancora che cosa è la materia, l’accelera e la frena, la sminuzza e la ricompone, ma di spiegazioni neanche l’ombra.Anche la simulazione dello spazio che si incurva, secondo la teoria relativistica einsteniana, è solo una gran balla, ma di scienza, non ha nulla. Eppure è molto semplice spiegare cosa è e come funziona, non solo la materia rappresentata dalle ipotetiche e pazze “particelle” ma come essa si comporta nell’universo o ovynque sia presente, precisando che il “vuoto” non esiste e che lo spazio non è un immaginario vuoto.

  2. Il mio non è pessimismo, il pessimismo o l’ottimismo esiste solo allo stato preventivo, la realtà non è nè pessimistica nè ottimistica. Se vuoi possiamo discutere così ti farò un lungo elenco di tutte le stupidagine che passano col nome di “scienza”, a cominciare dalle semplici altemaree, attribuite alla “fantomatica forza di attrazione gravitazionale” mentre in realtà sono solo un evento determinato esclusivamente da fattori terrestri. La teoria di Newton non ha alcun valore scientifico, anche perchè, in un universo in espansione, secondo la legge di Hubble, sarebbe in netto contrasto, quindi io cerco proprio la conoscenza razionale e non le ipotetiche teorie. Certamente mi farebbe molto piacere approfondire gli aspetti realistici e razionali di tutti gli eventi, contrastanti con le tante teorie che ancora deviano il corso della vera scienza. Ciao. carmelo.

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