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Filosofia dell’anima e educazione al metodo scientifico – La meravigliosa storia dell’atomo da Boltzmann alle battaglie di Einstein e Schrödinger contro Bohr e Heisenberg

Uno stupido che cammina va più lontano di dieci intellettuali seduti (Jacques Séguéla)

solvay_1927.jpgLa fotografia che si vede qui sopra è forse la più straordinaria fotografia di gruppo della storia dell’umanità: 17 delle 29 persone inquadrate sarebbero diventati o erano già Premi Nobel, qualcuno due volte come fu il caso di Marie Curie. Questa fotografia fu scattata dopo la fine della quinta Conferenza Internazionale di Solvay (Bruxelles) dell’ottobre 1927, una conferenza sugli elettroni e protoni che avrebbe visto la nascita ufficiale della meccanica quantistica e l’affermazione dell’interprezione di Copenaghen a proposito del comportamento dell’atomo così come formulata da Werner Heisenberg e Niels Bohr, anche a dispetto della ferma opposizione di personaggi come Erwin Schrödinger e del padre della relatività Albert Einstein.

Dietro questo incredibile momento della Fisica c’è un percorso abbastanza complesso, finanche doloroso, ma che portò alla più grande scoperta di ogni tempo: cioè il fatto che tutto il mondo che ci circonda è composto di atomi. Dolorosa fu certamente l’avventura umana e scientifica del grande scienziato austriaco Ludwig Boltzmann, il quale fu il primo ad affermare che la materia era costituita da mattoni proprio come gli atomi. Tale fu la reazione dei reazionari e dei religiosi, i quali non ci stavano a questo gioco ritenuto pseudo-scientifico e teso a minimizzare, ridicolizzare, l’intervento divino nella creazione del mondo, che come tutti sappiamo Boltzmann ne soffrì in maniera importante fino a che nel 1906 si impiccò a Duino, in Italia.

Non sapeva Boltzmann che solo un anno prima, un giovane Einstein che viveva forse il periodo di maggior fecondità intellettuale, aveva già confermato l’esistenza degli atomi studiando le osservazioni fatte in precedenza dal botanico scozzese Robert Brown (1773-1858). Brown aveva infatti buttato del polline in acqua e notato come quelle particelle si muovessero in maniera selvaggia, inusuale, non ne capì il perché. Fu Einstein a spiegare che tale comportamento era determinato da altre particelle invisibili che pure si muovevano furiosamente nell’acqua, altrimenti il polline sarebbe rimasto fermo.

Ma la fine del XIXsimo e l’inizio del XXsimo secolo avrebbero prodotto tante altre scoperte che avrebbero contribuito a fare le vendette di Boltzmann: i raggi X, gli elettroni, la radioattività nell’uranio. Ad essere particolarmente attratto dagli studi sulla radioattività era anche lo scienziato fisico sperimentale neozelandese Ernest Rutherford. Fu lui a costruire quel modello scolastico di visione del funzionamento dell’atomo, un modello che tutti conosciamo, con un nucleo al centro, gli elettroni che ruotano intorno, proprio come fosse un piccolo sistema solare con il suo sole al centro e i pianeti che girano in orbita.

Il modello prevedeva tanto spazio vuoto tra nucleo ed elettroni… Per capire di cosa si sta parlando basti pensare che se noi prendessimo tutti i 7 miliardi di abitanti della terra e succhiassimo via quello spazio vuoto da tutti i nostri atomi, ciò che resterebbe sarebbe una struttura nucleidea non più grande di una mela. Ma perché l’atomo non collassa visto lo status quo? Visto tutto quel vuoto? Tra gli altri a non dormirci la notte con quella domanda in testa c’era anche Niels Bohr fisico teorico, quasi nobile, nato in Danimarca.

Bohr si liberò del modello rutherfordiano e venne fuori con una nuova teoria laddove l’immagine dell’atomo non era più quella del sistema solare ma di un grattacelo fatto di infiniti piani. Senza spiegare perché certi elettroni abitano dati piani, Bohr introdusse la teoria del Quantum Leap (saltò quantico) in virtù della quale gli elettroni saltando a un piano inferiore produrrebbero energia di vario colore a seconda del piano da cui saltano e a seconda di quello dove arrivano, di fatto spiegando i colori dello spettro. Einstein, e non solo lui, odiava queste considerazioni senza senso, questa visione così snervante del mondo subatomico. Molto più gradita al genio della relatività e agli altri della vecchia guardia fu la teoria del fisico Erwin Schrödinger secondo cui l’elettrone era da vedersi come un’onda. Benché le equazioni di Schrödinger fossero semplici, eleganti in questo senso, erano pure ben lontane dallo spiegare i salti quantici e ben lontane dall’accontentare i seguaci di Bohr, giovani brillanti e dotati proprio come lo era il giovane fisico tedesco Werner Heisenberg.

Fu lui a osare l’inosabile, ovvero a smettere per la prima volta di tentare di visualizzare la struttura dell’atomo con una immagine, qualunque quella fosse, e ad affidarsi completamente alla matematica, ad una nuova matematica necessaria per dare senso alle sue intuizioni. Fu lui che durante la sua famosa Notte a Helgoland (un’isola di un arcipelago tedesco nel Mare del Nord), capì che mutando l’ordine dei fattori cambia anche il risultato nel mondo subatomico. Da lì nacque la teoria della Metrics mechanics che permise di predire dati comportamenti nel mondo subatomico, grazie a una matrice di numeri. La reazione della comunità scientifica davanti a questi “suggerimenti” fu delle più non-ortodosse che la storia della scienza ricordi: basti dire che Heisenberg e Schrödinger si comportarono alla stregua di ragazzetti che si tiravano sterco a vicenda, e Einstein non era da meno.

L’isolamento e l’ostracismo contro Heisenberg e il suo maestro Bohr durò a lungo… fino a quella notte in cui Heisenberg ebbe l’illuminazione che avrebbe fatto nascere il suo Principio di Indeterminazione e preparato appunto la sconfitta di Einstein durante la Conferenza di Solvay. Detto terra terra il Principio di Indeterminazione dice che il comportamento delle particelle subatomiche non è prevedibile: se sappiamo la velocità possiamo non sapere dove stanno… ma c’è di più,,, una particola può essere tale o può comportarsi come un’onda a seconda se la stiamo guardando o non la stiamo guardando. Insomma, standard-stuff per le matricole di Fisica oggigiorno… molto meno all’inizio del XXsimo secolo.

Durante la Conferenza di Solvay Bohr e Heisenberg la spuntarono, il che non vuol dire che Einstein si arrese… semplicemente se ne andò all’altro mondo convintissimo che il suo Dio non era pazzo. Del resto ognuno può scegliere di andarsene credendo quel che vuole … e se poi ti chiami Einstein, chi siamo noi per negarti i tuoi credo?

Rina Brundu

PS Naturalmente questo è solo l’inizio della storia… per continuarla consiglio questa serie tv straordinaria da regalare ai vostri figli. Insomma, buttate a mare le bibbie, i santini, le preci e tutto il caravanserraglio di baggianate e invitateli a studiare perché il “Creato” è sicuramente molto più straordinario delle fandonie bibliche, e come si evince gli spiriti grandi che lo hanno studiato erano tutto tranne umili servi dediti al politically-correct. Codesti signori si sono mandati a cagare in infinite occasioni, ma alla fine l’hanno spuntata e grazie a loro noi siamo ciò che siamo: orgogliosi nani sulle spalle di giganti!

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