OLTRE LA FRONTIERA QUANTISTICA: UNA STORIA APPASSIONANTE
(parte decima)
Dalla Bridge Theory alla Meccanica Quantistica Relativistica
Nel 2003, dopo la presentazione dei primi risultati sul dualismo onda-materia al congresso della Società Italiana di Fisica all’Università di Parma, mi sarebbe piaciuta un po’ di curiosità e partecipazione in più da parte dei colleghi presenti. Invece molto poca, ma ero già abituato all’indifferenza che sempre di più, anno dopo anno blinda i congressi. Davanti a te hai una platea di uditori che è sempre più difficile smuovere e tanto meno interessare, un po’ perché non tutti sanno di quel che parli, un po’ perché il tempo è tiranno e le domande sono sempre pericolose, ma soprattutto perché c’è sempre più indifferenza per il lavoro altrui. Non era certo ciò che immaginavo tanti anni prima, quando pieno di interesse e passione per la fisica, pensando di intraprendere questa strada, credevo che la comunità scientifica fosse un po' come una grande famiglia.
In Bridge Theory, il dualismo proposto da Louis de Broglie non sembrava essere un principio dogmatico come quello presentato dall’interpretazione di Copenaghen. Secondo la meccanica quantistica standard, luce e particelle hanno un medesimo comportamento duale: se non interferiscono con un sistema di rivelazione si propagano come onde, ma nel momento in cui vengono osservate, la loro interazione con la materia ordinaria macroscopica (stato condensato) rivela un aspetto corpuscolare materiale. Perciò se da una parte la meccanica newtoniana e la relatività di Einstein sono compatibili con una descrizione corpuscolare della materia e l’elettromagnetismo maxwelliano con una descrizione ondulatoria della luce, la meccanica quantistica rimescola le carte assegnando a luce e materia una natura duale.
A complicare ulteriormente le cose, c’è il fatto che mentre la natura ondulatoria della luce è associata ad un onda elettromagnetica, la natura delle onde di materia è associata ad onde di densità di probabilità di osservazione, ovvero le onde di materia sono onde “vuote”, che non trasportano energia, ma solo la probabilità di osservare la particella in una certa posizione dello spazio e con una certa energia. Ora questa descrizione pur presentando una notevole eleganza formale, oltre che una ottima capacità previsionale, presenta alcune incongruenze (vedere parte prima) e una totale mancanza di simmetria nel comportamento duale della luce e della materia. Infatti la relatività di Einstein ha provato due fatti incontrovertibili: (1) la materia è solo una forma “condensata” di energia; (2) i fotoni al pari della materia sono deviati dalla forza di gravità, quindi la luce è materia; ora, dato che è assodato che la luce è un fenomeno elettromagnetico e si propaga per onde elettromagnetiche, perché allora la materia dovrebbe propagarsi per onde di densità di probabilità? La meccanica relativistica e l’elettromagnetismo è provato che sono entrambe teorie valide, e che descrivono rispettivamente il comportamento della materia in termini corpuscolari e della luce in termini ondulatori, perciò il dualismo dovrebbe poter coinvolgere solo queste due fenomenologie senza dover introdurre nuovi assiomi, che oltre ad essere estranei al contesto meccanico-elettromagnetico, creano incolmabili fratture concettuali.
In Bridge Theory invece, tutto è perfino troppo semplice. La natura stessa della sorgente è compatibile sia con la produzione di un onda elettromagnetica che con la localizzazione di energia e quantità di moto equivalenti a quelle di un fotone; però è soprattutto la possibilità di produrre una distribuzione spazio temporale di sorgenti ad essere determinante nel dualismo onda particella, infatti sono le sorgenti prodotte dalla pola
rizzazione del mezzo durante il transito di un’onda elettromagnetica a mimare i fotoni assorbiti da un metallo durante l’effetto fotoelettrico o, le sorgenti prodotte nell’interazione di una particella carica con le particelle di segno opposto del mezzo materiale attraversato, a permettere la conversione di tutta l’energia e la quantità di moto disponibile in onde, che componendosi formano il pacchetto d’onde che descrive la particella (vedi parte settima). Un punto ancora cruciale, ma la cui soluzione mi sembrava avviata era il raggiungimento di un formalismo che accordasse concettualmente meccanica relativistica e quantistica. Mia ferma convinzione infatti era ed è che entrambe le teorie sono pienamente valide, ma che alcuni concetti di fondo debbano essere solo un po’ aggiornati.
Cominciavo a percepire una certa solitudine. Il punto fondamentale era sempre lo stesso. A cosa serve rivedere delle teorie che funzionano già bene così? Questa domanda era ormai la più ricorrente, anche se sempre più spesso fatta in tono sarcastico. Anche la mia risposta però in questi anni è sempre stata la stessa: proprio perché inspiegabilmente Meccanica Quantistica e Relatività funzionano bene insieme, trovatemi un buon motivo per non chiedersi il perché.
Finalmente ero riuscito in tempi da record a scrivere un lavoro per il congresso SIF del 2004. Avevo trovato una via per ottenere una funzione d’onda soddisfacente. L’equazione ideale per descrive la propagazione della materia in termini duali, doveva infatti consentire di fare delle previsioni relative alle grandezze posizione, energia e tempo, sia per le particelle materiali che per le onde elettromagnetiche che le descrivevano, accordandosi inoltre con quanto già previsto dalla teoria quantistica relativistica.
L’equazione di conservazione energia-impulso nella transizione particella-antiparticella – sorgente, si era dimostrata la chiave di volta nella comprensione del principio di relatività. Infatti in Bridge Theory risultati equivalenti a quelli relativistici li avevo ottenuti proprio a partire da questa equazione, secondo la quale differenti osservatori di una stessa sorgente misurano differenti valori di energia residua e impulso associati al mo
to relativo del centro di massa, ma ogni osservatore misura per il centro di massa un’energia residua pari all’impulso. Ciò comporta che differenti osservatori inerziali della medesima sorgente-fotone, osservino differenti energie dipendentemente dal loro moto relativo. Provai perciò utilizzando il principio di corrispondenza ad usare anche questa volta la stessa equazione e … “bingo”, l’equazione era perfettamente soddisfatta sia da onde elettromagnetiche, che da onde che descrivevano elettromagneticamente particelle materiali in accordo con de Broglie. Questa nuova equazione aveva però un ulteriore vantaggio: si riconduceva alle equazioni di Schrodinger e di Klein-Gordon per una particella libera, quindi all’equazione di Dirac, ma forniva anche una nuova equazione d’onda particolare, che oltre ad accordarsi con le previsioni quantistiche e relativistiche, forniva una descrizione lineare spazio-temporale alternativa a quella di Dirac, nella quale gli effetti relativistici comparivano in tutta la loro evidenza. (continua mercoledì prossimo)
In Bridge Theory, il dualismo proposto da Louis de Broglie non sembrava essere un principio dogmatico come quello presentato dall’interpretazione di Copenaghen. Secondo la meccanica quantistica standard, luce e particelle hanno un medesimo comportamento duale: se non interferiscono con un sistema di rivelazione si propagano come onde, ma nel momento in cui vengono osservate, la loro interazione con la materia ordinaria macroscopica (stato condensato) rivela un aspetto corpuscolare materiale. Perciò se da una parte la meccanica newtoniana e la relatività di Einstein sono compatibili con una descrizione corpuscolare della materia e l’elettromagnetismo maxwelliano con una descrizione ondulatoria della luce, la meccanica quantistica rimescola le carte assegnando a luce e materia una natura duale.
A complicare ulteriormente le cose, c’è il fatto che mentre la natura ondulatoria della luce è associata ad un onda elettromagnetica, la natura delle onde di materia è associata ad onde di densità di probabilità di osservazione, ovvero le onde di materia sono onde “vuote”, che non trasportano energia, ma solo la probabilità di osservare la particella in una certa posizione dello spazio e con una certa energia. Ora questa descrizione pur presentando una notevole eleganza formale, oltre che una ottima capacità previsionale, presenta alcune incongruenze (vedere parte prima) e una totale mancanza di simmetria nel comportamento duale della luce e della materia. Infatti la relatività di Einstein ha provato due fatti incontrovertibili: (1) la materia è solo una forma “condensata” di energia; (2) i fotoni al pari della materia sono deviati dalla forza di gravità, quindi la luce è materia; ora, dato che è assodato che la luce è un fenomeno elettromagnetico e si propaga per onde elettromagnetiche, perché allora la materia dovrebbe propagarsi per onde di densità di probabilità? La meccanica relativistica e l’elettromagnetismo è provato che sono entrambe teorie valide, e che descrivono rispettivamente il comportamento della materia in termini corpuscolari e della luce in termini ondulatori, perciò il dualismo dovrebbe poter coinvolgere solo queste due fenomenologie senza dover introdurre nuovi assiomi, che oltre ad essere estranei al contesto meccanico-elettromagnetico, creano incolmabili fratture concettuali.
In Bridge Theory invece, tutto è perfino troppo semplice. La natura stessa della sorgente è compatibile sia con la produzione di un onda elettromagnetica che con la localizzazione di energia e quantità di moto equivalenti a quelle di un fotone; però è soprattutto la possibilità di produrre una distribuzione spazio temporale di sorgenti ad essere determinante nel dualismo onda particella, infatti sono le sorgenti prodotte dalla pola
rizzazione del mezzo durante il transito di un’onda elettromagnetica a mimare i fotoni assorbiti da un metallo durante l’effetto fotoelettrico o, le sorgenti prodotte nell’interazione di una particella carica con le particelle di segno opposto del mezzo materiale attraversato, a permettere la conversione di tutta l’energia e la quantità di moto disponibile in onde, che componendosi formano il pacchetto d’onde che descrive la particella (vedi parte settima). Un punto ancora cruciale, ma la cui soluzione mi sembrava avviata era il raggiungimento di un formalismo che accordasse concettualmente meccanica relativistica e quantistica. Mia ferma convinzione infatti era ed è che entrambe le teorie sono pienamente valide, ma che alcuni concetti di fondo debbano essere solo un po’ aggiornati.Cominciavo a percepire una certa solitudine. Il punto fondamentale era sempre lo stesso. A cosa serve rivedere delle teorie che funzionano già bene così? Questa domanda era ormai la più ricorrente, anche se sempre più spesso fatta in tono sarcastico. Anche la mia risposta però in questi anni è sempre stata la stessa: proprio perché inspiegabilmente Meccanica Quantistica e Relatività funzionano bene insieme, trovatemi un buon motivo per non chiedersi il perché.
Finalmente ero riuscito in tempi da record a scrivere un lavoro per il congresso SIF del 2004. Avevo trovato una via per ottenere una funzione d’onda soddisfacente. L’equazione ideale per descrive la propagazione della materia in termini duali, doveva infatti consentire di fare delle previsioni relative alle grandezze posizione, energia e tempo, sia per le particelle materiali che per le onde elettromagnetiche che le descrivevano, accordandosi inoltre con quanto già previsto dalla teoria quantistica relativistica.
L’equazione di conservazione energia-impulso nella transizione particella-antiparticella – sorgente, si era dimostrata la chiave di volta nella comprensione del principio di relatività. Infatti in Bridge Theory risultati equivalenti a quelli relativistici li avevo ottenuti proprio a partire da questa equazione, secondo la quale differenti osservatori di una stessa sorgente misurano differenti valori di energia residua e impulso associati al mo
to relativo del centro di massa, ma ogni osservatore misura per il centro di massa un’energia residua pari all’impulso. Ciò comporta che differenti osservatori inerziali della medesima sorgente-fotone, osservino differenti energie dipendentemente dal loro moto relativo. Provai perciò utilizzando il principio di corrispondenza ad usare anche questa volta la stessa equazione e … “bingo”, l’equazione era perfettamente soddisfatta sia da onde elettromagnetiche, che da onde che descrivevano elettromagneticamente particelle materiali in accordo con de Broglie. Questa nuova equazione aveva però un ulteriore vantaggio: si riconduceva alle equazioni di Schrodinger e di Klein-Gordon per una particella libera, quindi all’equazione di Dirac, ma forniva anche una nuova equazione d’onda particolare, che oltre ad accordarsi con le previsioni quantistiche e relativistiche, forniva una descrizione lineare spazio-temporale alternativa a quella di Dirac, nella quale gli effetti relativistici comparivano in tutta la loro evidenza. (continua mercoledì prossimo) Bibliografia
(1) M.Auci. Congresso SIF 2003, “The Wave-Matter dualism in Bridge Theory.”
(2) M.Auci. Congresso SIF 2004, “Schrödinger and Klein - Gordon Equations in the Bridge Theory description of a dipolar electromagnetic source.”
(1) M.Auci. Congresso SIF 2003, “The Wave-Matter dualism in Bridge Theory.”
(2) M.Auci. Congresso SIF 2004, “Schrödinger and Klein - Gordon Equations in the Bridge Theory description of a dipolar electromagnetic source.”
Massimo Auci
OdisseoSpace
Post a Comment