Da cent’anni la meccanica quantistica contempera due concezioni del reale orgogliosamente antitetiche. Nell’antagonismo tra i due fisici ancora oggi non si è in grado chi tra i formulatori della teoria avesse ragione
La storia della cultura è costellata di rivalità: Bernini vs Borromini, Brahms vs Wagner, Manganelli vs Moravia. Eppure, in nessun ambito, come nella fisica, un antagonismo ha saputo caratterizzare una stessa teoria sino a conferirle un’identità duplice e contraddittoria, ai limiti del disturbo di personalità multipla. La meccanica quantistica contempera infatti due concezioni del reale orgogliosamente antitetiche, che nessuna interpretazione è riuscita sinora a conciliare. Ricorre infatti il centenario di uno dei passaggi chiave che hanno segnato questa guerra intestina mai sopita.
In risposta a Werner Heisenberg, capofila della cosiddetta «fisica dei ragazzi», il 13 marzo 1926 Erwin Schrödinger pubblicava un articolo, Quantizzazione come problema agli autovalori, che, con azzardato ottimismo, riteneva ponesse fine all’acuminata tenzone.
La formulazione di Heisenberg
L’anno precedente, Heisenberg aveva messo a punto la «meccanica delle matrici», un approccio utile a spiegare, tra gli altri, un bizzarro fenomeno atomico che aveva lasciato stupefatto il suo primo teorizzatore, Niels Bohr: quando un elettrone si muove da un’orbita a un’altra, emettendo un quanto di luce, esso compie salti inspiegabili, come se potesse d’improvviso smaterializzarsi per ritrovarsi in tutt’altro punto dello spazio. Il formalismo delle matrici, consistenti in tabelle di numeri, si rivelò straordinariamente capace di predire tutti i possibili salti della particella. Fu questa la prima formulazione della meccanica quantistica – teoria riconosciuta come la più importante svolta nel campo della fisica assieme alla relatività di Albert Einstein.
Una tale forza predittiva, però, esigeva un costo ingente. L’ipotesi di Heisenberg, affinata di lì a un paio d’anni, imponeva una rinuncia sul piano psicologico prima ancora che metodologico: non si può pretendere di seguire la traiettoria dell’elettrone durante il suo salto. Detto altrimenti, quando se ne vuole conoscere con esattezza la posizione, non se ne può osservare la velocità (e viceversa).
Si trattava di una conclusione sconcertante per pressoché tutti i fisici viventi, tranne per il manipolo di scapigliati raccolti all’Istituto di Fisica Teorica dell’Università di Copenaghen, sotto l’autorevole egida di Bohr. Secondo Heisenberg & Co., la realtà studiata mediante strumenti non va pensata come quella cosa che evolve in modo continuato e progressivo e che, fino a qualche anno prima, gli scienziati credevano di poter dettagliare in ogni suo aspetto. Di contro, lo studio dei fenomeni fisici altro non è che la registrazione di «quantità osservabili», destinate a occultare ciò che davvero accade nella realtà sottostante – realtà indeterminata e sorprendente, che la fisica deve rinunciare a cogliere nella sua natura più intima.
Una tale concezione lasciava Schrödinger del tutto inorridito. Capace com’era di coniugare un’indomita passione per la teoresi alle esigenze della vita mondana, il fisico viennese si ritirò durante il Natale del 1925 con una conterranea sulle Alpi svizzere, dove concepì la sua replica: la meccanica ondulatoria.
Questa formulazione alternativa intendeva spiegare quei fenomeni atomici che la meccanica delle matrici trovava bizzarri proprio perché abbracciava una concezione del reale che a Schrödinger pareva una sorta di eterodossia propagandistica e rinunciataria, persino superstiziosa quando accettava l’idea di una particella che scompare e riappare. All’opposto, egli riteneva che la fisica del futuro potesse tener ferme le sue tradizionali ambizioni per giungere infine a una teoria completa sull’evoluzione dei sistemi fisici istante dopo instante.
Conflitto di prospettive
In effetti, la cosiddetta «equazione di Schrödinger», suprema acquisizione di quel cruciale articolo del 1926, è il corrispettivo quantistico della seconda legge di Newton – quella legge che spiega appunto il comportamento dei sistemi fisici sottoposti a una certa forza date certe condizioni iniziali.
Eppure, al netto del suo apparente tradizionalismo, l’ipotesi del Nostro risultava non meno ardita, perché imponeva una rinuncia di pari eclatanza. Traendo spunto dai lavori del fisico francese Louis de Broglie, Schrödinger assumeva che si dovesse prendere congedo dalla nozione di «particella» per sostituirla con quella di «onda». In questo senso, anche l’elettrone va ripensato: quelle sfere puntiformi che, sin dalle scuole elementari, siamo indotti a immaginare come piccoli pianeti che ruotano attorno a un centro altro non sarebbero che utili finzioni.
Nell’ottica del fisico viennese, la particella è piuttosto un’“approssimazione”, o meglio, la cesura di qualcosa di più ampio e complessivo entro i confini di una certa teoria, e che dunque risulta meno esatta e vera dell’onda sottostante e più “fondamentale”. L’equazione descrive come si comporta tale onda quando ne indica la distribuzione spaziale allo scorrere del tempo, così rimpiazzando l’immagine di una particella vocata al trapezismo. Secondo Schrödinger, questa ipotesi consente in modo assai più agevole e comprensibile di visualizzare quanto davvero accade all’interno degli atomi.
Non fu che l’inizio di un estenuante conflitto tra opposte prospettive su come sia fatto il mondo e cosa possa la fisica rispetto ad esso. Heisenberg, talento giovanile impudente e bellicoso, proclive alla competizione e fermo sui propri risultati, non esitò a qualificare l’interpretazione di Schrödinger come «ripugnante». Dal canto suo, questi non mancò di prendere le parti di Einstein, che in una lettera del 1926 a Max Born – contro l’interpretazione della meccanica quantistica fornita dalla scuola di Copenaghen – scrisse che «Dio non gioca a dadi».
L’iconica asserzione sintetizzava lo scetticismo di quanti ancora credevano che la fisica fosse una scienza predittiva, sì, ma perché descrittiva, capace cioè di indicare nel dettaglio l’evoluzione dei sistemi fisici ad ogni loro stadio. In effetti, quei pochi studiosi resistenti alla fascinazione della nuova teoria dei quanti ne deprecavano uno dei capisaldi, vale a dire l’idea secondo cui qualcosa di indeterminato nel mondo è destinato a rimanere, qualcosa che nessuna teoria, neppure la più completa e fondamentale, potrà mai decrittare.
Un matrimonio forzato
Ancor oggi non si è in grado di stabilire chi tra i primi due formulatori della teoria avesse ragione. Facendosi carico del mistero, la meccanica quantistica ha preferito incorporare in sé queste opposte visioni; sicché, in qualsiasi manuale di fisica avanzata, si troverà l’equazione di Schrödinger accanto all’ipotesi di Heisenberg circa l’inesorabile indeterminazione dei fenomeni, come se le due poggiassero su una comune concezione del mondo – matrimonio assai forzato, da cui deriva la più ampia parte degli enigmi della meccanica quantistica.
E proprio da questa inconciliabilità all’interno dello stesso quadro concettuale si può trarre il lascito speculativo più rimarchevole della disfida: una teoria può permettersi di spiegare con mirabile precisione come funzioni la realtà pur avendo su di essa idee molto confuse.
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