La fisica quantistica ⚛️
đź“… Dicembre 2024
🖊️ Claudia Consiglio
La fisica quantistica è uno dei campi più affascinanti e complessi della scienza moderna, capace di sfidare la nostra comprensione quotidiana della realtà e di introdurre concetti che sembrano sfidare il buon senso.
Governando il comportamento dell'universo su scala microscopica, da particelle come elettroni e fotoni fino alla struttura stessa dello spaziotempo, questa disciplina non solo sostiene le tecnologie moderne, come i semiconduttori e il calcolo quantistico, ma solleva anche domande profonde sull'esistenza, la causalitĂ e la natura della realtĂ .
Uno degli aspetti piĂą sorprendenti della fisica quantistica è il dualismo onda-particella. Le particelle, tradizionalmente considerate unitĂ discrete e indivisibili di materia, possono anche comportarsi come onde.Â
Questo fenomeno è illustrato nell'esperimento della doppia fenditura, dove particelle che passano attraverso due fenditure creano un pattern di interferenza su uno schermo, un segno distintivo del comportamento ondulatorio.Â
Tuttavia, quando osservate direttamente, queste stesse particelle si comportano come entitĂ localizzate, come piccoli proiettili, decidendo apparentemente se comportarsi come particelle o onde in base all'assetto sperimentale.
Nel mondo quantistico, l'atto di osservare non è semplicemente passivo, ma influenza attivamente l'esito degli eventi. Questo fenomeno, noto come effetto dell'osservatore, emerge perchĂ© gli strumenti e i processi utilizzati per misurare i sistemi quantistici inevitabilmente ne alterano lo stato.Â
Nell'esperimento della doppia fenditura, quando vengono posti dei rilevatori per determinare quale fenditura una particella attraversa, il pattern di interferenza scompare e le particelle si comportano come entitĂ discrete.Â
Questo suggerisce che l'atto di misurare "costringe" la particella a fare una scelta, collassando la sua sovrapposizione ondulatoria in uno stato specifico.
La sovrapposizione è un altro concetto fondamentale della fisica quantistica, dove un oggetto quantistico può esistere in piĂą stati contemporaneamente. Un elettrone, ad esempio, può essere sia "qui" che "lì" simultaneamente. Solo quando eseguiamo un esperimento per determinare dove si trova, esso si stabilizza in uno dei due stati.Â
Questo rende la fisica quantistica una questione di probabilità , dove possiamo solo dire quale stato è più probabile che un oggetto assuma una volta osservato. Queste probabilità sono incapsulate in un'entità matematica chiamata funzione d'onda.
Poi c'è l'entanglement quantistico, forse l'aspetto più misterioso, affascinante e secondo alcuni più "romantico" della fisica quantistica. Quando due particelle diventano entangled ("intrecciate"), il loro stato quantistico diventa interdipendente, indipendentemente dalla distanza che le separa. Un cambiamento nello stato di una particella influenzerà istantaneamente lo stato dell'altra, un fenomeno che Albert Einstein chiamò "azione spettrale a distanza". Questo effetto è stato confermato sperimentalmente e ha implicazioni profonde per la nostra comprensione della causalità e della comunicazione.
Infine citiamo il tunneling quantistico, un fenomeno in cui le particelle passano attraverso barriere energetiche che, secondo la fisica classica, dovrebbero essere impenetrabili. Questo accade perché le particelle a livello quantistico sono descritte da funzioni d'onda, che possono "trapelare" attraverso le barriere. Questo effetto è alla base di molte tecnologie moderne, come i microscopi a effetto tunnel e i transistor.
Fonti:
What Is Quantum Physics? Quantum Physics in Simple Terms - Caltech Science Exchange