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Questa tesina prende in analisi la fisica quantistica. In questi anni sta nascendo un interesse da parte della gente comune, rivolto alla scienza, proprio perchè molte delle sue applicazioni tecnologiche sono state rese pubbliche. C'è da dire però che soli in pochi riescono realmente a comprenderla. E sono proprio quei pochi che dovrebbero assumersi il ruolo di mediatore tra la scienza e le masse, in modo che ogni singolo individuo conosca la struttura, i vantaggi e i rischi dell'utilizzo di un certo tipo di tecnologia, specialmente se di questa se ne fa uso quasi ogni giorno. Nella maggior parte dei casi non è necessario conoscere per filo e per segno la teoria che sta alla base di una apparecchiatura. Conoscere la scienza significa principalmente conoscerne i suoi meccanismi istituzionali, i suoi metodi, le sue implicazioni sociali; o, ancora, significa possedere la capacità di usare le conoscenze scientifiche nella risoluzione di problemi nella vita di tutti i giorni. La democrazia scientifica è necessaria per il vero progresso. Ed Internet, le biblioteche,ecc sono fondamentali: grazie ad essi abbiamo potenzialmente in mano tutto il sapere umano. Ecco che ancora una volta andando a fondo, si scopre che il progresso scientifico presenta certe contraddizioni, così come ci si rende conto che le tecnologie si possono rivelare utili, e conoscendo i loro rischi è possibile usarle con responsabilità. Questa tesina di maturità inoltre permette anche dei collegamenti interdisciplinari.
Fisica: La fisica quantistica e i concetti fondamentali.
Scienze della terra: Gli spettri elettromagnetici e l'individuazione dei corpi celesti.
Informatica e Sistemi: Il laser, il masterizzatore e i dischi ottici.
Percorso:
-La fisica dei paradossi: indeterminazione e complementarità’
-Meccanica quantistica e astrofisica
-Laser: un'importante applicazione della fisica quantistica
-Conclusione
La fisica dei paradossi: indeterminazione e complementarità’
Soffermiamoci ora in breve sulla fisica conosciuta prima del novecento, che era una fisica caratterizzata da
leggi deterministiche, e che aveva preso piede oltre due secoli prima, quando Newton, con la sua legge di
gravitazione universale, era riuscito a descrivere le orbite dei pianeti. In un sol colpo lo scienziato inglese
aveva dimostrato che una mela che cade da un albero e un corpo celeste che si muove nello spazio, sono
governati dalla stessa legge: l’universo ticchettava come un gigantesco orologio perfettamente regolato. Ma
su cosa si basa il determinismo? Il determinismo è basato su pochi e fondamentali principi, primo fra tutti
quello della causalità. Infatti, tutte le leggi della fisica classica forniscono una descrizione causale dei
fenomeni sotto studio: ciò significa che conoscendo lo stato di un sistema in un dato istante è possibile
prevedere il comportamento di quel sistema in qualsiasi istante del futuro, sulla base di tutte queste leggi
classiche
Nel momento in cui i fisici tentarono di applicare le leggi deterministiche al comportamento del mondo
atomico. In quel minuscolo regno, la materia sembra divertirsi a manifestare aspetti contraddittori.
Gli atomi riescono ad assorbire o liberare energia solo in forma di pacchetti discreti chiamati Quanti (da qui
il termine Meccanica Quantistica). A questo livello la natura non funziona più come una macchina, ma come
un gioco di probabilità. Nei primi decenni del nostro secolo lo scienziato danese Niels Bohr scoprì che le
particelle atomiche si comportavano in modo molto meno prevedibile che non gli oggetti ordinari come le
matite o le palle da tennis. Le parole "sempre" e "mai", di cui si faceva largo uso per i processi del mondo
macroscopico, dovettero essere rimpiazzate dai termini "spesso" e "raramente". Non si poteva dare più nulla
per scontato.
Nel 1923, gli esperimenti con i raggi X di Arthur Compton portano alla luce uno strano fenomeno che Louis
dualismo onda-corpuscolo,
De Broglie interpreta come il il fatto che le particelle si possono comportare in
certe condizioni come onde.
Ciò influenzò Erwin Schroedinger nella formulazione di una teoria che sta alla base della fisica quantistica:
introduciamo il paradosso che ideò per dimostrare i limiti della fisica quantistica nel suo aspetto
probabilistico, benché egli stesso fosse stato tra i fondatori di questa scienza, valido per il mondo atomico.
Egli ipotizzò per fare un esempio, un gatto chiuso in una scatola con una pistola attivabile dalle radiazioni
di un atomo di uranio. Non si può sapere quando l'atomo emetterà radioattività attivando la pistola e
uccidendo il gatto. In questo modo anche il destino del gatto (sistema macroscopico) risulta regolato da leggi
probabilistiche. In questo stato, paradossalmente, il gatto è - per noi - sia vivo che morto. I due stati di vita e
di non vita sono sovrapposti ed egualmente validi, fino a quando non apriremo la scatola e uno dei due
collasserà.
Questo paradosso dimostra tra l'altro, che la realtà è tale solo quando noi la vediamo o misuriamo, siamo
noi che forziamo l'avverarsi di una possibilità al posto di un'altra: quando non stiamo compiendo misurazioni
la realtà potrebbe potenzialmente presentarsi in altre forme.
Esso si accordava perfettamente con il principio di indeterminazione o d'incertezza formulato da Heisenberg
nel 1927. Questo principio, che è fondamentale nella meccanica quantistica, stabilisce che data una
particella atomica è impossibile assegnare ad essa una quantità di moto e una posizione ben definita.
L'impossibilità di effettuare previsioni certe sull'evoluzione spazio-temporale degli enti del mondo atomico
mise in crisi il principio di causalità, a favore, ancora una volta, delle interpretazioni statistiche e
probabilistiche della realtà.
Siamo di fronte a dei limiti concettuali. Noi di solito siamo abituati a pensare che se esistono dei limiti alla
precisione con cui vengono conosciute delle grandezze fisiche, questi sono dei limiti pratici: non siamo in
grado di realizzare esperienze così sofisticate da giungere a una cifra significativa in più ad un valore
numerico. Ebbene questa attitudine è da questo punto di vista sbagliata. La meccanica quantistica ci dice,
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