L’Universoin un lancio di dadi

Come il principio di indeterminazione di Heisenberg ha portato alla fine del determinismo scientifico

Abà Anna classe V BS

Un precursore: David Hume

«L’idea di causa ed effetto è derivata dall’esperienza, la quale c’informa che certi particolari oggetti, in tutti i casi passati, sono andati costantemente uniti insieme.»

«Se, dunque, chiamo abitudine ciò che procede da un’antecedente ripetizione, [...] possiamo stabilire come verità certa che ogni credenza, la quale segua un’impressione presente, ha in questa la sua unica origine.»

Il Trattato sulla natura umana (1739-1740)

Quasi 200 anni dopo...

La fisica classica è in crisi:

Vengono scoperti fenomeni inspiegabili secondo le leggi “classiche” di Newton e Maxwell

Per spiegarli vengono formulate nuove rivoluzionarie teorie, tra cui:

La relatività

La MECCANICA QUANTISTICA

Il principio di indeterminazioneViene elaborato nel 1927 dal fisico tedesco Werner Karl Heisenberg (1901-1976)

Heisenberg esamina gli studi sperimentali di alcuni colleghi, e in particolare le incertezze sulle misure di POSIZIONE e QUANTITÀ DI MOTO (prodotto massa per velocità) delle particelle

Ritiene che queste incertezze siano inevitabili, in quanto causate dall’atto stesso della misura di un fenomeno

Il problema della misura

Per poter determinare con certezza la posizione e la velocità (e quindi l'energia) di un corpo in movimento è necessario che noi non modifichiamo con la nostra osservazione il fenomeno che vogliamo studiare. PERÒ:

Per poter MISURARE qualunque fenomeno dobbiamo poterlo VEDERE

Dobbiamo “illuminarlo”

con dei fotoni

?

Un esempio

JsmkgmvE

JHzJsfhE

pallina

fotone

3222

191434

102/20107,52

1

10310510626,6

Con le particelle: quando si determina la posizione...

...e quando si determina la quantità di moto

Un’analogia: la fotografia

L’enunciato

In formule:

Maggiore è la precisione con cui si conosce la posizione, minore è la precisione con cui si conosce la quantità di moto in un dato istante, e viceversa

4h

qx

Grandezze coniugate (per le quali vale il principio di indeterminazione):•Posizione e quantità di moto•Energia e tempo•Spin e momento angolare

Incertezza sulla posizione

Incertezza sulla quantità di moto

costante di Planckh = 6,626 * 10-34 J*s

L’origine dell’indeterminazioneSecondo il fisico danese Niels Bohr, l’origine dell’indeterminazione sta nel DUALISMO ONDA - PARTICELLA: la materia (come la luce) si comporta sia come onda che come particella, ma noi per misurarla dobbiamo necessariamente considerarla sotto uno solo di questi aspetti

Uno studio sperimentale del 2012 suggerisce che l’indeterminazione potrebbe non dipendere soltanto dalla nostra misura, ma essere una proprietà intrinseca della materia

La portata epistemologica: dal determinismo...

Noi dobbiamo considerare lo stato presente dell’universo come l’effetto di un dato stato anteriore e come le causa di ciò che sarà in avvenire. Una intelligenza che, in un dato istante, conoscesse tutte le forze che animano la natura e la rispettiva posizione degli esseri che la costituiscono, [...] abbraccerebbe in un’unica formula i movimenti dei più grandi corpi dell’universo come quello dell’atomo più sottile; [...] tutto sarebbe chiaro e certo e così l’avvenire come il passato le sarebbero presentiPierre-Simon de Laplace, Essai philosophique sur les probabilités

La filosofia è scritta in questo grandissimo libro che continuamente ci sta aperto innanzi a gli occhi (io dico l'universo), ma non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri, ne' quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intenderne umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.Galileo, Il Saggiatore

...alla probabilità

«Nell’ambito della realtà le cui connessioni sono formulate dalla teoria quantistica, le leggi naturali non conducono quindi a una completa determinazione di ciò che accade nello spazio e nel tempo; l’accadere [...] è piuttosto rimesso al gioco del caso»Heisenberg, Über quantenmechanische Kinematik und Mechanik

Il verificarsi di un evento si può prevedere solo mediante una distribuzione di probabilità

Per esempio, all’interno di un orbitale atomico la probabilità di trovare un elettrone è superiore al 95%

La reazione di Einstein

Dio non gioca a dadi con l‘UniversoAlbert Einstein

Non dire a Dio come deve giocareNiels Bohr

L’Universo in un lancio di dadi

Einstein [...] sbagliò quando disse: «Dio non gioca a dadi». La considerazione dei buchi neri suggerisce infatti non solo che Dio gioca a dadi, ma che a volte ci confonda gettandoli dove non li si può vedere.Stephen Hawking

Alcuni fisici ritengono che la complessità e l’imprevedibilità del

mondo macroscopico derivino proprio dall’indeterminazione

esistente a livello microscopico

L’impatto sulla cultura: la musica aleatoria di John Cage

Con le sue opere, da quelle per “pianoforte preparato” a quelle completamente casuali, il compositore americano John Cage (1912-1992) ha portato il Caos nella musica

Jackson Pollock e l’Action Painting

La tecnica usata da Pollock, il dripping, rende impossibile la previsione del risultato finale dell’opera d’arte

Jackson Pollock, Blue Poles, Number 11, 1952

L’ingresso del Caos nella letteratura

Italo Svevo (1861-1928)

James Joyce (1882-1941)

Finnegans Wake, pubblicato nel 1939