Che sorpresa i quanti "discreti"Cento anni fa l'annuncio della teoria
Planck teorizzò il rivoluzionario principio di indeterminazione che servì per l'atomo di
Bohr e mutò la percezione della realtà
Tra le radici filosofiche, il "salto" tra gli stadi
spirituali di Kierkegaard |
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Se alla fine dell'Ottocento esisteva un tradizionalista che non aveva nessuna voglia di
rivoluzionare la fisica, questo era Max Planck. E invece toccò proprio a lui mettere in crisi la
fisica classica con l'ipotesi dei quanti. Non più giovane, Planck nel 1900 aveva 42 anni, era
titolare di una cattedra prestigiosa all'Università di Berlino, ma soprattutto era convinto che la
fisica classica poggiasse solidamente sulle teorie di Newton e di Maxwell. E questa opinione
era assai diffusa, tant'è che il preside del Dipartimento di fisica di Harvard sconsigliava gli
studenti più promettenti di iscriversi alla facoltà di fisica perché in questo campo non c'era più
niente da scoprire.
E invece il 14 dicembre 1900 uscì sugli Annalen der Physik l'articolo di Planck che segnò
l'inizio della nuova "fisica quantistica" e che avrebbe determinato non solo la revisione di
alcuni concetti fondamentali, ma anche un nuovo modo di rapportarsi alla realtà che ha nel
famoso "principio di indeterminazione" uno degli esempi più conosciuti. Planck stesso fu
cosciente della sua rivoluzione e infatti un giorno confidò a uno dei suoi figli che era sul punto
di rivelare una ipotesi, che se fosse stata confermata sarebbe stata paragonabile alle scoperte
di Newton.
La storia dei "quanti" ha inizio dalla cosiddetta "catastrofe ultravioletta". Studiando
l'emissione di energia da parte dei corpi i fisici avevano dedotto due leggi (legge di Stefan e
legge di Wien) e quando Rayleigh e Jeans, secondo una prassi usuale, tentarono di riunirle, si
accorsero che la nuova legge non funzionava, perché quando ci si avvicinava alle radiazioni
azzurre e violette le previsioni della legge non si accordavano più con i fatti sperimentali e
nessuno riusciva a capire il perché.
A questo punto si inserisce Planck, che risolve il problema a patto di considerare l'emissione
e l'assorbimento dell'energia non più in modo "continuo", ma secondo quantità "discrete",
ognuna delle quali trasporta un energia proporzionale alla frequenza di vibrazione tramite un
fattore di proporzionalità "h" detta "quanto di azione" o costante di Planck. L'ipotesi non fu
accettata di buon grado dai fisici e del resto lo stesso Planck la considerava un espediente
matematico da assumere in via provvisoria in attesa che le cose potessero essere spiegate
secondo la logica della fisica classica. Al momento, dunque, occorreva considerare l'energia
composta da una sorta di "atomi", un'idea alla quale stentava credere lo stesso Planck, che a
quei tempi non era ancora del tutto convinto che esistessero gli atomi di materia.
Avanzare questa ipotesi fu per lui, come avrebbe confidato più tardi, un vero "atto di
disperazione". Molto più esplicito fu Einstein, che non vide mai di buon occhio la meccanica
quantistica, quando affermò che le ipotesi di Planck fecero mancare il terreno sotto i piedi ai
fisici, togliendo loro un terreno solido per costruirvi le teorie.
Eppure quell'atto di disperazione si rivelò necessario e se qualcuno all'inizio poteva nutrire
qualche perplessità considerando i "quanti" delle entità teoriche, dovette ricredersi quando
Einstein nel 1905 spiegò l'effetto fotoelettrico formulando l'ipotesi che la luce è formata di
tanti "pacchetti", i cosiddetti "quanti di luce" che oggi chiamiamo "fotoni". Per questa
interpretazione dell'effetto fotoelettrico si guadagnò anche il Nobel.
Le conferme della potenza delle nuove idee quantistiche si ebbero ancora nel 1913 con Niels
Bohr, il quale capì che per spiegare la stabilità degli atomi non si poteva fare a meno di
queste nuove idee. Secondo Bohr gli elettroni girano attorno al nucleo dell'atomo su orbite
prestabilite e quando si trovano in questi stati non irradiano energia. Era l'unico modo per
salvare la stabilità dell'atomo. Ogni particella carica accelerata, infatti, emette energia e
dunque anche gli elettroni orbitanti dovrebbero emettere (e dunque perdere) continuamente
energia e ciò comporterebbe la caduta degli elettroni sul nucleo provocando la distruzione
dell'atomo. In natura, invece, gli atomi sono stabili e allora Bohr formulò l'ipotesi che su certe
orbite l'elettrone non potesse irradiare energia. L'emissione o l'assorbimento di energia da
parte di un atomo avvenivano solamente quando un elettrone saltava da un'orbita all'altra
emettendo o assorbendo un fotone in accordo con le teorie quantistiche e coi dati
sperimentali.
Il discorso dei "quanti" si presta anche a una interessante lettura interdisciplinare. Il sociologo
Lewis S. Feuer, infatti, ha avanzato l'ipotesi che la "quantizzazione" dell'atomo di Bohr
potrebbe avere radici filosofiche. Il danese Bohr era un lettore di Kierkegaard, il filosofo
danese che spiegò l'evoluzione spirituale dell'uomo attraverso tre "stadi" (estetico, etico e
religioso) e il passaggio da uno "stadio" all'altro non era continuo, ma avveniva attraverso la
"categoria del salto". E così, scrive Feuer, "il modello kierkegaardiano dei salti discontinui
divenne parte della più profonda posizione emozionale-intellettuale di Niels Bohr" e di
conseguenza il salto degli elettroni da un'orbita all'altra sarebbe l'analogo delle brusche e
inspiegabili transizioni dell'io.
Carlo Emilio Gadda, invece, ne fece una questione linguistica e dopo aver affermato che "il
latino, a impiegarlo, bisogna prima saperlo", conclude che "quanti" è sbagliato perché il
plurale di "quantum" è l'indeclinabile "quot". Il grande lombardo aveva ragione, ma a volte la
consuetudine consolida e rende di uso comune anche grossolani errori di linguaggio. | 
