Lo sconcertante esperimento delle due fessure

“Nessuno capisce la meccanica quantistica”, Richard Feyman, fisico americano, padre delle nanotecnologie

La teoria quantistica è bizzarra. Per cercare di capirla, bisogna dimenticare tutto ciò che si sa su causa ed effetto, realtà, certezza. E’ un mondo con regole molto diverse, probabilistiche, che sembrano avere poco senso nel mondo che viviamo quotidianamente.

 E’ assolutamente impossibile spiegarla in qualunque modo “classico”!

 La teoria quantistica non è solo bizzarra, è anche senza dubbio la più stupefacente teoria esistente. Se, alla fine di questo articolo, non siete del tutto stupefatti, significa solo che non sono stato capace di spiegarlo degnamente. La teoria non tratta solo esperimenti ed equazioni, rivela qualcosa di assolutamente straordinario sulla comprensione umana di ciò che è la realtà stessa.

 E’ una teoria molto complessa, e per comprenderla appieno servirebbe almeno un buon libro. Eppure, per evidenziarne gli elementi di base, è sufficiente mostrarne alcuni esperimenti.

 Il primo, “L’esperimento delle due fessure”, dimostra con eleganza il mistero centrale della teoria quantistica: ogni altra situazione si può sempre spiegare dicendo “Ricordi, l’esperimento con le due fessure? Beh, questo è la stessa cosa!”

 Ecco un simpatico e chiaro cartone animato che lo spiega.

 Cos’è la luce? Ci sono due possibili risposte.

In un caso, ipotizziamo che sia fatta da particelle (battezzate fotoni), e nell’altro caso che sia un’Onda che si propaga nello spazio.

Come facciamo a “smascherarla”? Particelle o Onda?

Supponiamo che la luce sia costituita da particelle: possiamo immaginarle come proiettili sparati da un fucile; mettiamo allora un muro con due fessure abbastanza larghe da far passare le particelle, e dietro di questo, un altro muro in cui le particelle-pallottole si vanno a piantare.

Dopo aver sparato un gran numero di volte attraverso i due fori, vi aspettate di trovare sul secondo muro due strisce di pallottole esattamente in linea con le fessure stesse, il che è esattamente ciò che succede per le pallottole vere. Se dimostriamo che la luce si comporta così, wow, vuol dire che è fatta di fotoni.

Supponiamo invece che la luce sia un’Onda; ripetiamo l’esperimento immergendo i due muri in una vasca d’acqua, con un’onda che si propaga dalla sua fonte, raggiunge entrambe le fessure, le oltrepassa, e così si “spezza” in due onde, ciascuna da una fessura, come in figura:

Figura 1

Le due onde sarebbero esattamente uguali, ed avanzando verso il muro finale, interferiscono una con l’altra. In certi punti, entrambe le onde cercano di fare la cresta, e si sommano; in altri, una vuole fare la cresta e l’altra si abbassa, così si disturbano e sottraggono.

 Se invece dell’acqua si avesse della luce, e la luce fosse un’onda, il risultato sul muro finale sarebbe una successione di righe bianche, più intense verso il centro, e nere. Questa specie di maglia della Juventus è chiamato “pattern d’interferenza”. Se dimostriamo che la luce si comporta così, wow, vuol dire che è un’Onda.

 Bene, l’esperimento inizia!

 Risultato: pattern d’interferenza! La luce è un’Onda!

Stappiamo lo champagne e andiamo a casa? Macché! I fisici decidono di fare un altro tentativo.

 Da qui in avanti, l’uso della parola “stupefacente” non può essere esagerato!

 L’esperimento viene ripetuto sparando dal punto dove prima era la fonte luminosa particelle/fotoni una alla volta! Così, non c’è modo che interferiscano una con l’altra. Ovviamente, i fisici si aspettano che si creino sul muro in fondo due strisce sole, come quando pensavamo di sparare pallottole…

Tutto a posto, no? NO! Basta aspettare abbastanza tempo, ed il risultato è il pattern d’interferenza!

Figura 2

Prima stranezza! E’ come se ogni fotone sapesse che sono aperte entrambe le fessure, le passasse, e si andasse a mettere sul muro in fondo in un modo che, assieme agli altri fotoni, va a ricreare il pattern d’interferenza…

 Stupefacente!

Allora, i fisici decidono di verificare che succede se rimane aperto un solo foro… probabilmente i fotoni ricreano sul secondo muro il pattern d’interferenza in ogni caso, no? NO!

Stavolta i fotoni si comportano da brave particelle e vanno a piantarsi su una sola striscia del muro finale.

Figura 3

A questo punto, i fisici sono confusi!!! Come diavolo fa il fotone a sapere quando c’è una sola fessura aperta, e si comporta da particella, rispetto a quando ce ne sono due, e crea un pattern d’interferenza come fosse un’onda?

 E come fa, nel secondo caso, a creare un pattern d’interferenza se, sparandoli uno alla volta, non possono interferire uno con l’altro??? Che diavolo fa? Passa una volta da un foro, una volta dall’altro? Si sdoppia? O che altro?

 Beh se pensate che le stranezze siano finite, arriva la Bomba Atomica!

 I nostri cari fisici decidono di appostarsi come osservatori, con uno strumento di misura, dopo il muro con le fessure e rilevare il passaggio di ogni singolo fotone, per capire cosa fa… accendono lo spara-fotoni, aspettano il pattern d’interferenza e… cosa succede? NON C’E’!!!

Figura 4

Ora, con la presenza dell’osservatore, i fotoni si comportano come ci si aspetta, da particelle, piantandosi in due strisce sul muro in fondo, senza creare il pattern d’interferenza!!!

 STUPEFACENTE!!!

 Ripeto: SENZA osservatore, i fotoni creano un pattern d’interferenza. CON osservatore, i fotoni si comportano normalmente da particelle!!!

 Questo esperimento, ripetuto infinite volte nei laboratori di tutto il mondo, ha confermato il risultato sperimentale… che siano i fotoni, strane particelle, i responsabili? Ebbene, lo stesso risultato si ha con elettroni ed atomi.

 L’OSSERVATORE DETERMINA LA REALTA’ CHE OSSERVA!

Short URL: http://www.grandipassioni.com/?p=673

Posted by Petar on Jul 18 2009. Filed under Fisica quantistica, Il Sapere, Scienza. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0. You can leave a response or trackback to this entry