Page 145 - Un fisico in salotto

La meccanica quantistica

Parlando di Teoria della Relatività, abbiamo visto che la meccanica di Galileo e
Newton, che viene indicata in fisica come meccanica classica, non è adeguata a
descrivere fenomeni che implicano, in un modo o nell’altro, velocità paragonabili a
quella della luce.
Ricordiamoci che la meccanica classica rappresenta un’approssimazione della

meccanica relativistica. Beninteso, si tratta di un’ottima approssimazione! Tanto
migliore quanto più piccole sono le velocità che intervengono in una qualsiasi
circostanza; e dunque abbiamo stabilito i limiti di validità della meccanica classica.
Ma questa non è l’unica limitazione: la meccanica classica è inadeguata anche alla
descrizione dei fenomeni che riguardano il ‘mondo dell’infinitamente piccolo’. Per
questi ultimi fenomeni è stata elaborata una meravigliosa teoria, che viene chiamata
meccanica quantistica.

Spesso, nei libri di fisica, il capitolo che la riguarda è intitolato fisica quantistica
piuttosto che meccanica quantistica, semplicemente per intendere che ci si vuol
riferire a tutti i fenomeni per i quali deve intervenire l’attributo quantistico. È
proprio questo attributo che segna la differenza fondamentale tra i fenomeni dei quali
abbiamo parlato finora e quelli dei quali stiamo per parlare. Che si tratti di fenomeni
che definiremmo puramente ‘meccanici’ o di altri fenomeni non fa differenza.

Anche in questo caso possiamo dire che la meccanica classica è
un’approssimazione della meccanica quantistica; approssimazione che è tanto
migliore quanto più ci allontaniamo dal mondo dell’infinitamente piccolo e ci
interessiamo dei fenomeni che riguardano oggetti grandi come quelli con i quali
abbiamo a che fare nella nostra vita quotidiana.
L’attributo quantistico deriva dal fatto che questa teoria tiene conto di una
circostanza fondamentale della quale Galileo o Newton non si sarebbero mai potuti

accorgere.
Precisamente, le grandezze fisiche sono in generale ‘obbligate’ ad assumere valori
discreti ovvero quantizzati, come appunto si dice comunemente in fisica.
Per esempio, l’energia di un elettrone in un atomo può assumere soltanto valori
ben precisi, separati tra loro. In altre parole, l’energia di un elettrone non può avere

valori intermedi tra due valori consecutivi fra quelli ammissibili fisicamente e
previsti dalla meccanica quantistica.
È ovvio che Galileo e Newton non avrebbero potuto accorgersi di questo, perché,
come si capisce da quello che abbiamo appena esposto, la quantizzazione riguarda
quello che abbiamo chiamato ‘il mondo dell’infinitamente piccolo’ cioè il mondo
degli atomi e delle cose ancora più piccole che esistono nascosti in essi.
Galileo e Newton non sapevano dell’esistenza degli atomi e tanto meno della loro
struttura. O meglio, avevano sentito parlare di atomi solo studiando l’opera di

Anassagora o Democrito; ma su basi scientifiche l’effettiva esistenza degli atomi è
stata stabilita solo tra il Diciottesimo e il Diciannovesimo secolo e i valori delle
energie, che a loro competono, in tempi ancora più recenti. Non solo: questi valori