La funzione d’onda

La prima ipotesi sulla natura ondulatoria di un elettrone fu formulata da Erwin Schrödinger, Nobel per la Fisica nel 1933. La sua ipotesi che un elettrone fosse un picco aguzzo avvolto da una nuvola elettronica però non convinse la maggior parte della comunità scientifica internazionale. La bomba deflagrò nel 1927 ad opera di Max Born (altro premio Nobel per la Fisica nel 1954), il fisico e matematico tedesco naturalizzato britannico ipotizzò che l’onda non fosse quella sorte di elettrone spalmato come proposto da Schrödinger, bensì un onda di probabilità.

Per Born la dimensione di un’onda nello spazio era strettamente connessa alla probabilità di localizzare l’elettrone proprio in quel punto dello spazio. In altri termini nei picchi dell’onda è estremamente probabile che si trovi l’elettrone mentre nei punti nei quali l’onda è bassa le probabilità di localizzarlo sono scarse.
Questa onda di probabilità fu chiamata funzione d’onda. Nessuno ha mai visto una funzione d’onda e per le stesse caratteristiche della meccanica quantistica nessuno la vedrà mai. Siamo in grado di calcolarla grazie alle equazioni sviluppate da Schrödinger, Heisenberg, Bohr, Dirac ed altri.

Secondo i paradigmi della meccanica quantistica ogni funzione d’onda si estende per tutto l’Universo! Nella maggior parte dei casi però al di fuori di una regione molto piccola essa si riduce quasi a zero il che rende molto probabile che la particella si trovi proprio in quella piccolissima regione dello spazio.
Resta il fatto che la funzione d’onda che si estende per tutto il cosmo si approssima allo zero, ma non si azzera completamente e quindi per effetto delle probabilità non si può escludere che quella particella si trovi su Proxima Centauri o nella galassia di Andromeda.

Il successo della meccanica quantistica confermato in decenni di esperimenti e di conquiste tecnologiche ci costringe a pensare come un elettrone, che immaginiamo (e che si comporta) come un minuscolo oggetto puntiforme, sia anche una funzione d’onda che si estende dal punto di vista probabilistico per l’intero universo. E la dualità onda-corpuscolo riguarda non soltanto l’elettrone ma tutte le particelle. Ecco perché la luce, questa radiazione elettromagnetica, è allo stesso tempo costituita da fotoni (quanti di luce) e da onde ed è in grado di comportarsi in modo ambivalente.

Ancora oggi la natura della funzione d’onda è oggetto di un controverso dibattito scientifico, ci sono coloro che sostengono che sia l’elettrone stesso, chi un mero strumento matematico o ancora la rappresentazione di cosa possiamo effettivamente conoscere dell’elettrone.

Resta il fatto che la meccanica quantistica ha introdotto prepotentemente il concetto di probabilità nelle leggi della fisica. Secondo la fisica classica newtoniana se conoscessimo le condizioni ambientali di ogni singola particella che compone la nostra atmosfera, ad esempio, ed avendo una straordinaria potenza di calcolo, saremmo in grado di prevedere il tempo che farà a Bangalore, il 5 agosto alle 17.22.

La meccanica quantistica per la sua intrinseca natura, al di la della perfetta conoscenza dei dati e della potenza di calcolo, ci da comunque soltanto la probabilità che un determinato evento o risultato si verifichi nel tempo o nello spazio.

Sono queste peculiari caratteristiche che sono in grado di spiegare l’interferenza che si produce quando spariamo elettroni attraverso una doppia fenditura, come abbiamo visto nel post precedente, ma come vedremo in quello successivo, Albert Einstein, uno dei padri fondatori della meccanica quantistica si ribellerà per molti anni a questo aspetto eversivo della meccanica quantistica.

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