Il conservatore che rivoluzionò la scienzaUN SECOLO FA PLANCK SCOPRIVA
LA MECCANICA QUANTISTICA
La radicale
Ambiguità della materia
La mia scoperta è come quella di Newton" |
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Cento anni fa, nell'anno 1900, un fisico tedesco geniale e conservatore, Max Karl Ernst Ludwig Planck, scopriva il quanto elementare d'azione. E dava inizio a quella che molti considerano la più radicale e profonda rivoluzione concettuale nella storia della fisica: la rivoluzione quantistica.
Come andarono le cose, è storia nota.
Sul finire del XIX secolo, la fisica dispone di grandi teorie per spiegare il comportamento della materia e dell'energia: la teoria di Newton descrive mirabilmente la meccanica, la teoria di Maxwell descrive mirabilmente l'elettromagnetismo, la termodinamica descrive altrettanto bene gli scambi di energia. Molti pensano che la ricerca in fisica sia ormai sostanzialmente completata.
Max Planck, tuttavia, non ama l'interpretazione probabilistica con cui Boltzmann ha ricondotto la termodinamica nell'ambito della meccanica. Egli è convinto che la termodinamica sia governata da leggi generali e assolute. Ed è per cogliere queste leggi di "validità universale e assoluta" che si impegna a cercare la soluzione di un problema in particolare: quello relativo alle proprietà della radiazione emessa attraverso un piccolo foro praticato nella parete di un forno e noto, nell'ambiente dei fisici, come "problema del corpo nero".
Sembra un problema minimo, di dettaglio. Invece si rivela, anche per Planck, un problema insolubile. Proprio non si riesce, con i metodi e la teoria della termodinamica e dell'intera fisica conosciuta, a prevedere l'esatta intensità di quella dispettosa radiazione.
Per risolvere quel problema, in apparenza minimo, occorre un salto di qualità. Una modifica profonda del pensiero fisico classico. E persino del senso comune.
Planck, suo malgrado, se ne rende conto. Così, dopo lunghi studi e, ammette, "dopo grande travaglio, angoscia e perplessità", abbandona il concetto, classico, di azione continua. E introduce quello, rivoluzionario, di azione quantizzata. L'intensità della radiazione emessa dal corpo nero non varia in modo continuo, ma secondo valori discreti. Multipli interi di un'unità elementare che Planck chiama "quanto elementare d'azione".
Il fisico conservatore si rende conto della portata rivoluzionaria della sua teoria. "Oggi ho fatto una scoperta importante quanto quella di Newton", annuncia al figlio Erwin. E ha ragione. Perché, studiando la radiazione emessa da un banale corpo nero, Max Planck ha scoperto, contro la sua indole, contro la sua volontà e persino contro il suo raziocinio, che "natura facit saltus". Che c'è discontinuità e non continuità nelle leggi fondamentali della fisica e nelle azioni elementari degli oggetti fisici.
Su questa discontinuità, sul quanto elementare di azione, occorre costruire una nuova teoria della fisica e una nuova visione del mondo.
La novità introdotta dal conservatore Max Planck è talmente forte che ben pochi sono disposti ad accettarla. Per questo sia l'una, l'elaborazione di una nuova teoria fisica, sia l'altra, la costruzione di una nuova visione del mondo fisico, stentano ad avviarsi. Tuttavia, ormai, il dado è tratto. E la fisica quantistica, sia pure lentamente, inizia a svilupparsi.
Un passaggio fondamentale si verifica nel 1905, quando Albert Einstein dimostra che il quanto elementare della radiazione elettromagnetica, battezzato fotone, ha una sua intima ambiguità: si comporta sia da onda che da corpuscolo.
Un altro passaggio fondamentale si verifica nel 1913, quando Niels Bohr propone che gli elettroni che orbitano intorno al nucleo degli atomi non si muovono lungo traiettorie continue, ma lungo orbite quantizzate. Anche gli elettroni saltano.
Planck, Einstein e Bohr sono considerati, a ragione, i tre padri della fisica quantistica. Ma solo uno, il danese Bohr, si dimostra orgoglioso della sua intraprendente figlioletta e disposto a seguirla ovunque ella lo porti, nello spazio del pensiero.
Planck e Einstein, infatti, si ritirano inorriditi quando, a partire dagli anni '20, la fisica quantistica mette in discussione tutti i capisaldi del pensiero scientifico e molti capisaldi del pensiero filosofico. Compreso il concetto stesso di realtà oggettiva.
Niels Bohr, invece, non solo diventa il mallevadore della meccanica quantistica, il formalismo grazie al quale, alla fine degli anni '20, la fisica quantistica si dota finalmente di una solida teoria fisico-matematica. Ma il fisico danese diventa anche il caposcuola di una interpretazione filosofica della fisica quantistica, l'"interpretazione di Copenaghen", che è oggi considerata l'"interpretazione ortodossa" della meccanica quantistica.
L'elaborazione del formalismo della meccanica quantistica e la costruzione di una nuova visione, quantistica, del mondo hanno scritto, tra gli anni '20 e gli anni '30, alcune tra le pagine più belle, intense e profonde non solo della scienza, ma anche della filosofia e
dell'intera cultura del XX secolo.
Grazie a quel formidabile sforzo intellettuale oggi noi non solo disponiamo della più precisa teoria scientifica mai elaborata dall'uomo; non solo abbiamo la più fondamentale delle teorie fisiche; non solo nelle nostre case vediamo funzionare oggetti, dalla televisione al computer, che sembrerebbero "impossibili" a un fisico dell'Ottocento; ma abbiamo una percezione del mondo in cui viviamo radicalmente diversa rispetto a quella che avevano i nostri nonni nel XIX secolo e nostri trisavoli nei secoli precedenti.
In cent'anni la fisica quantistica ha dunque ottenuto successi straordinari. Tuttavia essa ha ancora dei formidabili problemi aperti. O non definitivamente chiusi. E' ancora aperto, per esempio, il problema del realismo: davvero un oggetto quantistico esiste solo quando qualcuno (e chi?) lo osserva?
E' ancora aperto il problema del rapporto micro-macro: quando e come gli oggetti microscopici perdono le loro bizzarre proprietà quantistiche e il loro comportamento indeterminato, per assumere le proprietà classiche e i comportamenti deterministici degli oggetti macroscopici?
Fino a quando questi formidabili problemi, fisici e filosofici, verrebbe da dire di filosofia naturale, resteranno aperti, non potremo considerare chiusa la stagione rivoluzionarla inaugurata cento anni fa dal conservatore Max Planck.
L'impressione è che, in questa fase storica, non siano moltissimi i filosofi naturali che, come Planck, Einstein e Bohr, si lasciano sedurre da questi problemi "generali e assoluti". | 
