Con il 2025 si celebra ufficialmente l’Anno Mondiale della Fisica Quantistica, un’iniziativa internazionale che intende rendere omaggio a una delle discipline scientifiche più affascinanti e complesse della storia. In parallelo, è stata istituita anche una Giornata Mondiale della Fisica Quantistica, fissata per il 14 aprile: il cosiddetto “Quantum Day”. Il professore Franco Battaglia, in un articolo pubblicato su NicolaPorro.it, affronta un argomento molto interessante. “Non capireste nulla lo stesso”, ammette provocatoriamente, convinto che senza una solida base matematica, parlare di fisica rischi di diventare un esercizio sterile.
La scelta del 14 aprile: un omaggio numerico
Il 14 aprile (scritto all’americana come 4.14) non è stato scelto a caso: 4,14 sono infatti le prime due cifre significative della costante di Planck, simbolo h, una delle pietre miliari della teoria quantistica. Tuttavia, Battaglia critica la scelta come forzata e poco rigorosa: la costante di Planck, spiega, non è un numero puro, ma una quantità che dipende dalle unità di misura adottate (elettronvolt e secondi, in questo caso). Una costante “con dimensioni”, dunque, ben diversa dal celebre π (pi greco), che giustifica invece il Pi Day del 14 marzo (3.14).
Se fosse dipeso da lui, confessa, avrebbe scelto come data simbolica il 14 dicembre, non solo per motivi personali, ma perché proprio in quel giorno del 1900 Max Planck presentò ufficialmente la sua teoria quantistica alla Società Tedesca di Fisica.
I pianeti in moto attorno al sole
Uno dei sistemi di interesse dei fisici è stato quello dei pianeti in moto attorno al sole. “Non so se la cosa fosse legata al desiderio di prevedere il futuro di ciascuno che – si credeva – dipenderebbe dalla posizione relativa dei pianeti al momento della nascita; ma, in ogni caso, quello era il problema: determinare nel corso del tempo la traiettoria percorsa dai pianeti. Ci vollero millenni per venire a capo del problema, la cui soluzione – è stato scoperto – si ottiene risolvendo un’equazione che oggi tutti studiamo a scuola: F=m×a, forza uguale massa per accelerazione. Per esempio, risolvendo questa equazione per la Terra soggetta alla forza di attrazione gravitazionale del Sole, si trova che la traiettoria dell’orbita terrestre è una ellisse col Sole su un fuoco dell’ellisse. La cosa è una conseguenza del fatto che la forza di attrazione gravitazionale tra Sole e Terra è attrattiva e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. La cosa interessante è che se invece si desidera conoscere la traiettoria di una palla di cannone (per esempio, perché si intende colpire un bersaglio), anche ora bisogna risolvere l’equazione F=m×a per la palla di cannone, con l’appropriata forza cui essa è soggetta (principalmente la forza di gravità della Terra). Insomma, F=m×a è una sorta di equazione “universale” – o, almeno, così si credeva, fino a che è emerso un problema”, si legge.
“Sapete che gli atomi sono costituiti da elettroni con carica elettrica negativa che ruotano attorno ad un nucleo con carica elettrica positiva. L’atomo più semplice è quello che ha un solo elettrone (l’atomo di idrogeno). La forza di attrazione elettrostatica tra l’elettrone e il nucleo è anch’essa attrattiva e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza, cosicché quest’atomo è, in piccolo, l’equivalente del sistema Terra-Sole: l’elettrone attorno al nucleo dovrebbe quindi seguire una traiettoria ellittica. La velocità di un oggetto che si muove su una traiettoria curva deve necessariamente variare (almeno varia in direzione), e quando varia la velocità si ha una accelerazione. Ora, una carica elettrica che si muove di moto accelerato emette radiazione elettromagnetica; questa trasporta energia, cosicché l’elettrone nell’ipotetica orbita ellittica perderebbe energia e, in men che non si dica, cadrebbe sul nucleo, con notevole riduzione delle dimensioni dell’intero atomo. Ma questo non accade: le dimensioni della materia intorno a noi e del nostro stesso corpo non implodono a valori minuscoli! Per farla breve, l’equazione F=m×a non è applicabile all’elettrone attorno al nucleo. E così, l’equazione F=m×a non è una legge universale di Natura, come si credeva fino ad appena 100 anni fa, o poco più”, si legge nell’articolo sul sito di Porro.
E nel prossimo episodio… Einstein si sbaglia
Battaglia conclude preannunciando una seconda parte dell’articolo, nella quale si addentrerà in una delle più affascinanti controversie scientifiche. “Trattasi del fatto che nel nostro mondo non vale un apparentemente “ovvio” principio di realtà: ancora una volta, come già detto, la Natura è contro-intuitiva e ciò che sembra «ovvio» spesso non è vero. Ve ne parlerò nel prossimo articolo, ove apprenderete perché Albert Einstein era convinto che la fisica quantistica dovesse essere sbagliata e come è stato possibile stabilire sperimentalmente che fosse Einstein a sbagliarsi”, conclude l’articolo.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?