Coscienza, Sintropia e Fisica quantistica nell'interpretazione del mondo

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Antonella Vannini e Ulisse Di Corpo - 01/01/2016

Che cos'è La Meccanica Quantistica (MQ) o fisica quantistica? E' un complesso di teorie fisiche la cui elaborazione è iniziata nella prima metà del ventesimo secolo e che descrivono il comportamento della materia a livello microscopico, a scale di lunghezza inferiori o dell'ordine di quelle dell'atomo.

La costante di Planck

Verso la fine del diciannovesimo secolo Lord Rayleigh e Sir James Jeans, nel tentativo di estendere il Teorema di Equiripartizione che afferma che l’energia totale contenuta in un gas si ripartisce ugualmente (in media) fra tutte le particelle, formularono l’ipotesi della catastrofe ultravioletta secondo la quale la radiazione termica si sarebbe dovuta concentrare nelle frequenze più elevate dando luogo a picchi infiniti di energia termica che avrebbero causato, appunto, la catastrofe ultravioletta.

La catastrofe ultravioletta non si manifestava in natura e questo paradosso venne risolto il 14 dicembre 1900 quando Max Planck presentò, ad un raduno della Società tedesca di fisica, un lavoro secondo il quale i livelli di energia sono quantizzati. Ovvero, l’energia non cresce o diminuisce in modo continuo, ma sempre per multipli di un “quanto di base”, una quantità che Planck definì come il prodotto tra la frequenza caratteristica del sistema preso in considerazione e una costante fondamentale, oggi nota come costante di Planck e che corrisponde a 6,6262?10-34 joule?secondo. Planck aveva concettualizzato la trasmissione dell’energia in forma di pacchetti discreti, alcuni grandi, altri piccoli, in funzione della frequenza di oscillazione del sistema. Al di sotto della frequenza minima del pacchetto di energia, l’intensità della radiazione veniva meno, impedendo così che questa crescesse agli altissimi livelli previsti dalla catastrofe ultravioletta. Il 14 dicembre 1900 è oggi ricordato come la data in cui è nata la meccanica quantistica.

L'effetto fotoelettrico e la dualità onda-particella

Nel 1905 Einstein utilizzò la costante di Planck per spiegare le strane proprietà dell’effetto fotoelettrico. L’effetto fotoelettrico consiste nel fatto che quando i raggi di luce colpiscono un metallo, il metallo emette degli elettroni. Questi elettroni possono essere individuati e le loro energie misurate. Le analisi dell’effetto fotoelettrico, per vari metalli e con luci di frequenze differenti mostrano che:

* fino ad una certa soglia di frequenza il metallo non emette elettroni;

* sopra la soglia emette elettroni la cui energia resta la stessa;

* l’energia degli elettroni cresce solo se si aumenta la frequenza della luce.

La teoria classica della luce non era in grado di spiegare questi fenomeni, ad esempio:

* perché l’intensità della luce non aumentava l’energia degli elettroni emessi dal metallo?

* perché la frequenza ne influenzava invece l’energia?

* perché non venivano emessi elettroni sotto una determinata soglia?

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