Quanti indeterminati a tutto

Le leggi della meccanica quantistica sono fondamentalmente di tipo statistico. Anche se i parametri di un sistema atomico sono completamente determinati mediante un esperimento, il risultato di un'osservazione futura del sistema non è in genere prevedibile con accuratezza. A ogni istante successivo, però, ci sono osservazioni che portano a risultati prevedibili con accuratezza. Per le altre osservazioni si può dare solo la probabilità di un certo risultato del l'esperimento. Il grado di determinazione che è anche attribuito alle leggi della meccanica quantistica è, per esempio, responsabile del fatto che i principi di conservazione dell'energia e dell'impulso siano sempre rigorosamente validi. Essi si possono verificare con la precisione desiderata, e sono allora validi con la precisione con cui sono stati dimostrati. Il carattere statistico delle leggi della meccanica quantistica si manifesta però nel fatto che uno studio accurato delle condizioni energetiche rende impossibile seguire simultaneamente un particolare evento nello spazio e nel tempo. (...)
Le relazioni di indeterminazione offrono già un esempio di come in meccanica quantistica la conoscenza esatta di una variabile possa escludere la conoscenza esatta di un'altra. Questa relazione complementare tra differenti aspetti di uno stesso processo fisico è in realtà caratteristica dell'intera struttura della meccanica quantistica. Ho appena ricordato che, per esempio, la determinazione delle relazioni energetiche esclude la descrizione dettagliata dei processi spazio-temporali. In maniera analoga, lo studio delle proprietà chimiche di una molecola è complementare allo studio del moto dei singoli elettroni nella molecola, oppure l'osservazione dei fenomeni di interferenza è complementare all'osservazione di quanti di luce singoli. Infine, si può delimitare l'area di validità della meccanica classica e della meccanica quantistica nel modo seguente: la fisica classica rappresenta quell'aspirazione a conoscere la natura in cui fondamentalmente cerchiamo di trarre conclusioni sui processi oggettivi dalle osservazioni, e quindi evitiamo di prendere in considerazione l'influenza che ogni osservazione ha sull'oggetto osservato; la fisica classica, perciò, ha il suo limite nel punto in cui non si può più ignorare l'influenza dell'osservazione sull'evento. La meccanica quantistica, per contro, rende possibile trattare i processi atomici trascurando parzialmente la loro descrizione spazio-temporale e la loro oggettivizzazione.
Vorrei spiegare brevemente con un famoso esempio come si può raggiungere, attraverso la teoria atomica, una comprensione dei processi intuitivi con i quali abbiamo a che fare nella vita quotidiana. L'interesse dei ricercatori si è spesso concentrato sul fenomeno in cui da un liquido, per esempio una soluzione salina soprassatura, emergono improvvisamente cristalli di forma regolare. Secondo la teoria atomica, la forza formante in questo processo è per certi versi la simmetria caratteristica della soluzione dell'equazione d'onda di Schrödinger, e per questo motivo la cristallizzazione si spiega con la teoria atomica. Questo processo nasconde tuttavia un elemento statistico e – si potrebbe quasi dire – storico che non può essere ulteriormente ridotto: anche se lo stato del liquido è completamente noto prima della cristallizzazione, la forma del cristallo non è determinata dalle leggi della meccanica quantistica. L'emergenza di forme regolari è solo molto più probabile di un ammasso informe. Ma la forma finale deve in parte la sua origine a un elemento del caso, che in linea di principio non si può ulteriormente analizzare.
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