Scienza Perché un elettrone è imprevedibile ma tanti elettroni no

Edoardo Boncinelli indaga i misteri della fisica con simpatiche metafore nel saggio «Il principio di indeterminazione» (il Mulino)

Nel lavoro degli scienziati il punto di partenza sono le certezze acquisite sperimentalmente e dimostrate matematicamente, che valgono se si osservano i fenomeni sotto una certa prospettiva. Ma quando cambia il focus, è possibile che qualcosa non funzioni.

Quando gli studi sull’elettromagnetismo hanno spostato il focus su oggetti che viaggiano alla velocità della luce, le leggi galileiane e newtoniane hanno cominciato a vacillare. Non in generale, ma in quel contesto. Ecco allora la teoria della relatività di Albert Einstein. Le leggi fisiche valgono in un determinato «ambito di validità», come spiega Edoardo Boncinelli nel libro Il principio di indeterminazione (Il Mulino). Negli stessi anni alcuni scienziati spostano il focus verso il mondo infinitesimale. Secondo il principio deterministico, se si osserva un oggetto in moto è possibile determinare in ogni istante posizione e velocità e predirne il moto. E se l’oggetto è un atomo o una particella subatomica? Ecco il focus che si sposta di nuovo.

A fornire una risposta spiazzante è Werner Heisenberg, quando nel 1927 pubblica il suo «principio di indeterminazione», che mostra come nel mondo subatomico non sia possibile conoscere esattamente posizione e velocità di una particella in un dato istante. Se si determina con maggiore precisione una di queste grandezze, dette «coniugate», si avrà maggior incertezza sull’altra. Come spiega Boncinelli, per determinare la posizione di un elettrone infatti occorre colpirlo con un raggio di luce, anche solo un fotone, che comunque altera l’energia, e quindi la velocità dell’elettrone. È l’osservazione, e non l’osservatore, a modificare lo stato di una particella.

Se è vero che il principio di indeterminazione vale in tutti gli ambiti, come mai non ci accorgiamo dei fenomeni che ne derivano come la sovrapposizione di stati? «Un elettrone è discolo ma tanti elettroni sono scolari disciplinati»: con una simpatica metafora l’autore indaga su quello che definisce «uno dei grandi misteri della fisica moderna», ovvero «che una singola entità, a patto che sia piccolissima, si comporti in maniera imprevedibile mentre un insieme di entità è sostanzialmente studiabile e modificabile». Mentre per alcuni il principio di indeterminazione rende impossibile una comprensione globale dei fenomeni, per altri la sua validità universale «sembra permettere di decifrare la chiave dei misteri dell’universo stesso».