5 - La crisi del determinismo

Il concetto di onda associata

Il dibattito sulla natura della luce si concluse quando si comprese che essa presentava contemporaneamente aspetti ondulatori (p.e. interferenza) ed aspetti particellari (p.e. effetto fotoelettrico).

Nel 1924 de Broglie, un giovane fisico francese, propose di estendere in concetto di onda associata, già applicato alla luce, all'elettrone ed alle altre particelle subatomiche.

Ogni particella sarebbe stata associata ad un onda la cui lunghezza d'onda (λ) era data dalla relazione

λ =
h / p

in cui h è la costante di Plank e p è la quantità di moto della particella. Questa formula può essere considerata come la generalizzazione della formula di Plank per i fotoni.

Davisson e Germer, nel loro esperimento del 1927, sono riusciti ad evidenziare una figura di interferenza con un fascio di elettroni. Scoprendo un comportamento tipicamente ondulatorio per quella che fino ad allora era ritenuta una semplice particella fornirono la conferma sperimentale dell'idea - piuttosto controintuitiva - di de Broglie aprendo un nuovo capitolo nella fisica delle particelle.

 

Il principio di indeterminazione di Heisenberg

Analizzando i risultati dello studio delle particelle, Heisenberg scoprì che il fatto stesso di eseguire una misura di posizione o di velocità su di una particella potesse influenzare gli altri parametri rendendo la determinazione priva di ogni utilità.

Questa osservazione discende in linea teorica dalla doppia natura ondulatoria/corpuscolare delle particelle subatomiche ma puù essere ricavata concettualmente da considerazioni generali. Infatti ogni conoscenza delle particelle deve essere mediata da una qualche forma di radiazione. Le particelle subatomiche hanno masse piuttosto esigue ed anche la più debole delle radiazioni ha energia sufficiente per modificarle significativamente.

Questa osservazione prese il nome di "principio di indeterminazione" di cui segue una formulazione:

Δx ˙ Δp =
h / 2 π

in cui Δx e Δp rappresentano l'incertezza della misura della posizione e della quantità di moto della particella, h e π sono delle costanti...

È facile intuire quali conseguenze possa aver avuto questa scoperta sull'orbita dell'elettrone...

Vedremo come queste due idee sono state inserite nei succesivi modelli atomici.