Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Il principio di indeterminazione spiega quanto strettamente la probabilità sia intessuta nel tessuto del regno quantistico.

Per comprenderlo, immagina due stanze A e B, una accanto all’altra, e che ogni volta che entri in una delle due, cambia la decorazione della stanza accanto. Di conseguenza, quando entri in una stanza, noterai la sua decorazione. Non hai idea di come apparirà la seconda stanza a questo punto. Quindi entri nella seconda stanza.

Così facendo, avrai alterato l’aspetto della stanza in cui sei entrato in precedenza. Di conseguenza, non si sa mai come appaiono entrambe le stanze allo stesso tempo. Conoscerai solo la stanza A o la stanza B, una alla volta.

Il principio di indeterminazione di Heisenberg è lo stesso. Fondamentalmente, le proprietà fisiche del regno microscopico possono essere separate in due gruppi, A e B. Comprendere una caratteristica della sezione A ostacola fondamentalmente la nostra comprensione di una caratteristica della sezione B e viceversa.

Più precisamente comprendiamo una caratteristica di un elenco, meno precisamente conosciamo la caratteristica comparabile dell’altro elenco. Di conseguenza, il Principio di Heisenberg rivela l’incapacità fondamentale di determinare simultaneamente tutti i tratti da entrambe le liste (cioè, di determinare con sicurezza tutte queste caratteristiche dal regno microscopico).

Ad esempio, più precisamente conosci la posizione di una particella, meno precisamente conosci la sua velocità. Allo stesso modo, più precisamente conosci la velocità di una particella, meno precisamente sai dove si trova. Non è intrigante?

La teoria quantistica dice che puoi calcolare con precisione alcune proprietà fisiche delle microparticelle, ma non puoi determinare con precisione alcune altre proprietà complementari. Se scatti una foto di una palla in movimento e la mostri a un altro individuo, lui o lei la vedrà come se fosse l’immagine di una palla ferma e non sarà mai in grado di dirne la velocità semplicemente guardando l’immagine.

Per spiegare perché il regno microscopico funziona in questo modo, dobbiamo seguire una descrizione preliminare sviluppata dallo stesso Heisenberg.

Quando misuriamo la posizione di un oggetto, interagiamo con esso in qualche modo. Vediamo un oggetto ricevendo la luce che rimbalza su di esso che entra nei nostri occhi, trasmettendo informazioni su di esso e questo complica la questione, infatti quando la luce rimbalza su un oggetto, gli dà una leggera spinta.

Nel nostro mondo macroscopico quotidiano, potremmo non vedere il movimento di un oggetto provocato dell’influenza della luce riflessa (ma possiamo vedere il fenomeno a livello macroscopico con le vele solari).

A livello microscopico, però, entra in gioco il Principio di indeterminazione e quando la luce colpisce una particella minuscola come un elettrone, la velocità dell’elettrone cambia. Infatti, più precisamente si desidera conoscere la posizione di un elettrone, più nitido e potente dovrebbe essere il raggio di luce, con un effetto ancora maggiore sul moto dell’elettrone.

Ciò significa che, se rileviamo con precisione la posizione di un elettrone, contamineremo il nostro esperimento disturbando la velocità dell’elettrone. Allo stesso modo, possiamo conoscere la velocità di un elettrone con alta precisione, ma per farlo dobbiamo rinunciare alla posizione precisa dell’elettrone.

Nella conversazione quotidiana, parliamo di cose come un’auto che attraversa un luogo particolare a una certa velocità. In verità, la meccanica quantistica dice che una tale affermazione non ha senso poiché non possiamo misurare una posizione fissa e una velocità fissa allo stesso tempo.

Possiamo farla franca con tali rappresentazioni del mondo fisico perché il grado di incertezza coinvolto nelle scale quotidiane è così basso da passare inosservato. Una persona che obbedisce pienamente alle regole della meccanica quantistica descriverebbe quindi la velocità dell’auto, ad esempio, come compresa tra 99.999999999999999999999999999999999999999999 e 100.00000000000000000000000000000000000001 chilometri orari. Ma se sostituiamo l’enorme automobile con un elettrone di cui conosciamo la posizione entro un micrometro, l’incertezza nella sua velocità sarebbe maggiore di 150.000 chilometri orari!

L’incertezza è sempre presente, ma acquista significato solo su scala microscopica.

Può anche essere ingannevole perché dà l’impressione che l’indeterminazione si manifesti solo quando goffi sperimentatori goffi si gingillano nelle misurazioni. Questo non è il caso.

L’indeterminazione è incorporata nella struttura ondulatoria della meccanica quantistica ed esiste indipendentemente dal fatto che eseguiamo misurazioni sciatte o meno. Non possiamo farne a meno. La natura ha vincoli intrinseci su quanto possiamo imparare sui mondi microscopici.