La realtà non è come ci appare, di Carlo Rovelli, 2014 

Capitolo 4 – I quanti

Dalla meccanica quantistica emergono tre idee centrali: granularità, indeterminismo e relazionabilità (97)

Planck (1900) immagina che l’energia del campo elettrico sia distribuita in quanti. La taglia di tali pacchetti di energia dipende dalla frequenza v (colore) delle onde elettromagnetiche, e dalla costante “h” che fissa la scala dei fenomeni quantistici. E=hv

“Per Planck questo era solo uno strano trucco di calcolo che funzionava per ragioni assolutamente non chiare” (98)

Einstein (1905)comprende che i pacchetti di energia di Planck sono reali.

Einstein scrive: ”Mi sembra che le osservazioni associate alla fluorescenza, alla produzione di raggi catodici, alla radiazione elettromagnetica che emerge da una scatola e ad altri simili fenomeni connessi con l’emissione e la trasformazione della luce siano meglio comprensibili se si assume che l’energia della luce sia distribuita nello spazio in maniera discontinua. Qui considero l’ipotesi che  l’energia di un raggio di luce non sia distribuita in maniera continua nello spazio, ma consista invece in un numero finito dl “quanti di energia” che sono localizzati in punti dello spazio, si muovono senza dividersi e sono prodotti e assorbiti come unita singole.”

A partire dall’effetto fotoelettrico: l’energia della luce fa “saltar fuori” gli elettroni dall’atomo. Il fenomeno avviene solo se la frequenza della luce è alta, piuttosto che per l’intensità. Anche la luce ha una struttura granulare.

Bohr assume che gli elettroni possano vivere solo a certe distanze “speciali” dal nucleo, cioè solo su orbite particolari, la cui scala e è determinata proprio dalla costante di Planck h, e possano saltare fra l’una e l’altra delle orbite atomiche che hanno le energie permesse. Sono i famosi “salti quantici”.

I salti quantici, le orbite degli elettroni, la costante di Planck, il riscontro degli spettri di Bohr, tuttavia sembra impossibile riuscire a misurare valori di grandezze fisiche coniugate in uno stesso momento, senza in qualche modo perturbare i risultati. Heisenberg intuisce che le particelle possono essere descritte solo nel momento in cui interagiscono con qualcos’altro: è secondo Rovelli “l’aspetto relazionale di tutte le cose”:

Gli elettroni non esistono sempre. Esistono solo quando interagiscono. Si materializzano in un luogo quando sbattono contro qualcosa d’altro. I salti quantici da un’orbita all’altra sono il solo modo di essere reali: un elettrone è un insieme di salti da un’interazione all’altra. Quando nessuno lo disturba, un elettrone non è in alcun luogo. (105)

Dirac prosegue nel lavoro di Heisenberg (prime equazioni fondamentali…) e costruisce l’intera impalcatura matematica e formale della meccanica quantistica. L’indeterminatezza non è solo di alcuni valori posizionali, riguarda invece tutte le variabili che restano indefinite tra una interazione e l’altra.

Questo indeterminismo è la terza pietra alla base della meccanica quantistica: la scoperta che il caso agisce a livello atomico…

Questa mancanza di determinismo a scala molto piccola è intrinseca alla natura…

L’apparente determinismo del mondo macroscopico è dovuto solo al fatto che questa casualità, questa aleatorietà microscopica, genera fluttuazioni troppo piccole per esere notate nella vita quodidiana. (108)

La meccanica quantistica di Dirac permette due cose: la prima è il calcolo dello spettro di una variabile, la seconda è il calcolo delle probabilità di una transizione

l’indeterminismo, cioè il non dare predizioni univoche, bensì solo probabilistiche.(109)

Nella meccanica quantistica vi è una convergenza tra la nozione di particella usata da Newton e quella di campo introdotta da Faraday. Il campo quantistico ha caratteristiche di granularità e probabilità quantistica.

La teoria quantistica dei campi sta alla base del modello standard delle particelle elementari.

Tre aspetti della natura delle cose.

primo: granularità nella natura, materia, luce, energia. La meccanica quantistica stabilisce un limite all’informazione. Questa limitazione dell’infinito è data dalla granularità della natura 

Nessuna misurazione è mai esatta in fisica. (115)

secondo: indeterminismo. il futuro è imprevedibile e il mondo visto nel dettaglio è meno costante.

Il mondo non è fatto di sassetti, è fatto di un vibrare, di un pullolare. (116)

Integrale di Richard Feyman. la nuvola di tutte le traiettorie possibili per un elettrone di passare da uno stato A a uno stato B.

terzo: relazione. 

La teoria quantistica non descrive come le cose “sono”: descrive come le cose accadono e come influiscono l’una sull’altra. Non descrive dove è una particella, ma dove una particella si fa vedere dalle altre. Il mondo delle cose esistenti è ridotto al mondo delle interazioni possibili. La realtà è ridotta a interazione. La realtà è ridotta a relazione. In un certo senso questa è solo un’estensione molto radicale della relatività…

La meccanica quantistica estende questa relatività in modo estremamente radicale: tutte le caratteristiche di un oggetto esistono solo rispetto ad altri oggetti. È solo nelle relazioni che si disegnano i fatti della natura.

Non c’è realtà, nel mondo descritto dalla meccanica quantistica, senza relazione fra sistemi fisici. Non sono le cose che possono entrare in relazione, ma sono le relazioni che danno origine alla nozione di “cosa”. il mondo della meccanica quantistica non è un mondo di oggetti: è un mondo di eventi elementari, e le cose si costruiscono sull’avvenire di questi “eventi” elementari. (118)

“La realtà è relazione”

La meccanica quantistica non descrive oggetti: descrive processi ed eventi che sono interazioni fra processi. Riassumendo, la meccanica quantistica è la scoperta di tre spetti del mondo:
– Granularità. L’informazione che sta nello stato di un sistema è finita e limitata dalla costante di Planck.
– Indeterminismo. Il futuro non è determinato univocamente dal passato. Anche le più rigide fra le regolarità che vediamo sono in realtà solo statistiche.
– Relazione. Gli eventi della natura sono sempre interazioni. Tutti gli eventi di un sistema occorrono in relazione a un altro sistema. (118)

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