Fisica e filosofia: differenze tra le versioni

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== Sviluppo storico della teoria dei quanti ==
[[Image:Lord Rayleigh.jpg|thumb|right|Rayleigh in una foto dell'epoca]]
La storia della '''teoria dei quanti''' inizia alla fine del 1800: Rayleigh e Jeans, cercando di studiare le radiazioni di un corpo riscaldato ("q''ualsiasi"qualsiasi pezzo di materia, se scaldato, comincia a divenire luminoso e si fa, alle temperature più alte, rovente e incandescente; il colore non dipende molto dalla superficie del materiale, e per un corpo nero dipende soltanto dalla temperatura''") secondo le leggi delle radiazioni e del calore, giunsero a rilevare delle difficoltà insormontabili.
<br/>Nel 1895 Planck spostò il problema dalla radiazione all''''atomo radiante'''; analizzando i risultati delle ricerche di Curlbaum e Rubens (1900) tentò di ridurli a formule matematiche; da un successivo incontro tra Planck e Rubens nacque la legge di Planck sulla radiazione termica. Tale teoria affermava che l'atomo radiante (o oscillatore) può contenere solo quanti definiti di energia. L'idea era incredibile e rivoluzionaria (pari alle teorie newtoniane, come confessò Planck stesso al figlio). Conferme della teoria vennero da Einstein che ricorse ai quanti per spiegare l'effetto fotoelettrico (per cui i metalli emettono elettroni non secondo l'intensità di luce da cui sono colpiti, ma secondo la frequenza della stessa) e il calore specifico dei corpi solidi (tramite l'ipotesi quantistica delle vibrazioni elastiche degli atomi era possibile definire il calore specifico di un corpo a qualsiasi temperatura). Questi risultati condussero a ulteriori scoperte e quesiti, come il problema della natura corpuscolare (secondo la teoria quantistica) e ondulatoria (secondo la ''teoria di Maxwell'') della luce.
 
[[Image:Ernest Rutherford.jpg|thumb|left|Rutherford in una foto dell'edepocaepoca]]
Frattanto nel 1911 [[w:Rutherford|Rutherford]] giunse a delineare l'omonimo '''modello atomico'''; tale modello, detto anche planetario, non poteva essere giustificato secondo le leggi della fisica classica, in quanto secondo le leggi newtoniane nessun sistema planetario è stabile e non sarebbe stato dunque possibile spiegare in quale modo, dopo ogni collisione, un atomo ritorna sempre alla sua conformazione originale. La stabilità dell'atomo venne spiegata da Bohr, il quale affermò l'esistenza nell'atomo di stati stazionari diversi, l'ultimo dei quali, il più basso, è quello normale a cui l'atomo tende sempre a tornare.
<br/>Con questa teoria Bohr riuscì sia a dimostrare la stabilità dell'atomo sia a interpretare gli spettri degli atomi stimolati da scariche elettriche o da calore. Le nuove teorie minavano la consistenza della meccanica newtoniana, ma nonostante il loro fondamento di verità erano ancora piene di contraddizioni. Dai risultati di Bohr gli scienziati impararono a formulare con correttezza i loro problemi e ciò li portò più vicini alle soluzioni. I problemi da risolvere erano le contraddizioni; si discuteva spesso su esperimenti ideali, ma le chiarificazioni sembravano lontane.
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<br/>Attraverso l'osservazione il possibile diventa reale ("accade" è dunque una parola che possiamo utilizzare per spiegare ciò che avviene durante l'osservazione, ma non durante l'intervallo tra un'osservazione e l'altra). La fisica classica si fondava sull'assoluta oggettività (idealizzazione della varie parti del mondo senza far riferimento a sé stessi), l'interpretazione di Copenhagen parte da una scissione tra "oggetto" in esame e "resto del mondo" (tra cui i nostri strumenti di osservazione che non possono che appartenere al "resto del mondo") e asserisce che tuttavia per quest'ultimo non possiamo fare a meno di ricorrere a concetti classici, in riferimento a noi stessi e dunque non completamente obbiettivi; d'altronde "la natura è prima dell'uomo, ma l'uomo è prima della scienza naturale" (von Weizsaecker) per cui l'uomo per studiare la natura non può fare a meno di utilizzare concetti classici.<br/>
Il lavoro scientifico consiste dunque nel porre domande sulla natura, nel linguaggio che possediamo e nel cercare di ottenere una risposta dall'esperimento con i mezzi a nostra disposizione, ricordando, come disse Bohr, che nel dramma dell'esistenza siamo insieme attori e spettatori.
 
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== La teoria dei quanti e le origini della scienza atomica ==
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Considerando la fisica moderna sembrerebbe che il concetto di giudizi sintetici a priori sia stato completamente annichilito, nonostante Kant avesse presentato queste sue conclusioni come "base di ogni futura metafisica che si presenti in forma di scienza" (vd. nuove concezioni di spazio e tempo o non-applicabilità della legge di causalità alla fisica atomica); tuttavia i concetti classici di tempo, spazio e causalità sono indispensabili per descrivere quella parte di realtà (apparecchiatura strumentale) che non fa parte dell'oggetto studiato, ma ci permette di studiarlo. Con la teoria dei quanti non sono dunque state negate le affermazioni della fisica classica o del pensiero kantiano, ma semplicemente ne sono stati messi in luce i limiti. Ciò insegna che qualsiasi concetto, all'interno di un sistema chiuso, definito precisamente nei suoi rapporti con gli altri concetti, ha tuttavia un limite di applicabilità che difficilmente può essere definito a prescindere dall'esperienza.
 
 
== Relazioni della teoria dei quanti con altri rami della scienza della natura ==
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[[Image:James-clerk-maxwell3.jpg|thumb|right|Maxwell in una foto del 1920]]
Lo '''sviluppo della fisica newtoniannewtoniana'''a ha portato allo sviluppo di dinamica, meccanica, acustica, idrodinamica e astronomia. I fenomeni elettrici e magnetici e il calore vennero in seguito ridotti negli schemi della fisica classica: i primi trattati come forze gravitazionali, il secondo fondandolo sul movimento di minuscole parti di materia. Tale sistema entrò però in crisi con l'opera di Faraday e Maxwell che trattarono i fenomeni elettromagnetici come onde salvando così il principio secondo cui il moto si trasferisce solo tra punti adiacenti e non nel vuoto (come nel caso della gravità). In un primo momento le '''onde di Maxwell''' vennero considerate come leggere deformazioni di un campo elastico: l'etere; questo elemento permetteva di salvare la fisica newtoniana, ma ben presto si rivelò infondato. Un'ulteriore, decisiva scoperta fu la relazione tra spazio e tempo e la descrizione degli stessi nelle formule di Lorentz. Ovunque la meccanica newtoniana fu in grado di spiegare la realtà essa mantenne il suo grado di validità, ma in campo elettromagnetico fu necessaria l'introduzione di nuovi concetti e assiomi. Nacque così un nuovo sistema chiuso e sorsero inevitabilmente domande sulla relazione tra i due: che relazione c'è ad esempio tra il tempo e lo spazio della meccanica newtoniana, in cui spazio e tempo sono indipendenti, e quello della relatività speciale, in cui spazio e tempo sono legati tra loro dalle trasformazioni di Lorentz? In questo caso si è potuto dimostrare come i concetti della fisica classica siano validi in quanto essa tratta solo di velocità piccolissime in confronto alla velocità della luce; quest'ultimo parametro (il rapporto con la velocità della luce) è stato dunque assunto come limite della meccanica newtoniana.
Nella fisica moderna possiamo distinguere quattro differenti sistemi chiusi:
# '''meccanica newtoniana''': comprende acustica, statica, aerodinamica;
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L'interpretazione di Copenaghen si è allontanata molto dal pensiero materialistico delle scienze naturali del XIX secolo.
<br/>A questa nuova visione della realtà sono state mosse delle '''critiche''' che possono essere riunite in tre grandi gruppi:
# Il primo gruppo non critica i risultati sperimentali ma propone un '''mutamento di linguaggio''' tale da rendere la moderna interpretazione più vicina alla fisica classica. Molti scienziati di questo gruppo si sono concentrati sull'idea di "''parametri ignoti''": poiché le leggi teoretiche quantiche determinano i risultati di un esperimento solo statisticamente, esistono forse parametri ignoti in grado di ristabilire i rapporti causa-effetto.<br/>Tra questi '''Boehm''' il quale afferma: "''Noi non dobbiamo abbandonare la precisa, razionale ed oggettiva descrizione dei sistemi individuali nel regno della teoria dei quanti"; tale affermazione si rivela però una "sovrastruttura ideologica''".[[Image:Niels Bohr.jpg|thumb|right|Niels Bohr]] '''Bohr''' criticava questa speranza sentenziando: "''Noi possiamo sperare che una volta o l'altra accada che due per due faccia cinque, perché sarebbe assai vantaggiosa per le nostre finanzfinanze''e" (in realtà l'argomentazione di Bohr non è stringente: non nega affatto che in futuro le teorie di Boehm possano rivelarsi vere così come si potrebbe scoprire un'estensione della logica matematica per cui 2*2=5).<br/>Una critica analoga è mossa da '''Bopp e Fenyes''', i quali ritengono che la creazione e l'annichilimento di particelle sia il processo fondamentale della teoria dei quanti e che dunque la particella possa considerarsi "reale" nel senso classico del termine; tuttavia anche gli sviluppi di questa teoria, come per la '''teoria di Boehm''', conducono alla distruzione di tutti i tratti di simmetria della teoria dei quanti; inoltre già nel 1928 Jordan, Klein e Wigner avevano dimostrato che le onde sono tanto reali quanto le particelle.<br/>Sempre sulla linea di Boehm e Fenyes è anche '''Weizel''', il quale propone l'introduzione di una particella ad hoc, la "zeron", per risolvere i parametri ignoti; sebbene teoricamente l'introduzione della "zeron" possa creare problemi di interazione con altre particelle, l'esistenza di questa "zeron" non può essere confermata né negata sperimentalmente (il problema dei parametri ignoti è dunque molto complesso non disponendo di prove sperimentali; esso ricorda il dibattito sulla teoria della relatività generale: chi voleva negare le ipotesi di Einstein affermava che la dimostrazione della relatività del tempo e dello spazio per l'uomo non nega l'esistenza di un tempo ed uno spazio assoluti; tuttavia sia del tempo e dello spazio assoluto sia dei parametri ignoti non è possibile per ora averne una conferma).<br/>Un critica differente è mossa da Blochinzev e Alexandrov i quali attaccano il lato filosofico della teoria dei quanti; essi lottano per un recupero dell'ontologia materialistica, sostenendo la necessità di esperimenti oggettivi indipendenti dagli scienziati (ovviamente una tale prospettiva è adatta per la fisica classica, ma del tutto inappropriata per la fisica dei quanti a causa della nostra conoscenza incompleta degli esperimenti come dimostrato sopra). Dunque tutti questi tentativi di descrivere la fisica dei quanti con concetti della fisica classica risultano sterili; questo desiderio è forse dettato anche dalla personalità dello scienziato (credo religioso/politico, educazione, convinzioni, valori): infatti, sebbene lo scienziato debba essere totalmente imparziale, egli è sempre influenzato dalla sua mentalità e dalla società all'interno della quale vive e trova sicurezza.
#Il secondo gruppo tenta una '''rianalisi degli esperimenti di Copenaghen''' per giungere a '''nuove conclusioni filosofiche'''. La critica più accurata è mossa da ''Janossy'': egli tenta di modificare la meccanica dei quanti con l'introduzione dei "''termini di estinzione delle equazioni''" con i quali eliminare i parametri di interferenza causati dall'osservazione. Sebbene non errata la teoria di JanosssyJanossy conduce però a conclusioni assurde (onde più veloci della luce, intercambio della sequenza temporale di causa ed effetto).<br/>Una posizioni originale è quella di Schrodinger che vorrebbe attribuire caratteri di oggettività reale solo alle onde; lo scienziato sostiene che i processi quantici siano più continui di quanto non si ritenga normalmente, ma in questo modo non può spiegare le discontinuità riscontrabili con qualsiasi contatore Geiger.
# L'ultimo gruppo, che include la critica di '''Einstein''' e '''von Laue''', si interroga se la descrizione di Copenaghen possa essere una descrizione unica ed obiettiva dei fatti fisici; essi sottolineano che tra un'osservazione ed un'altra avviene sicuramente qualcosa e finché non si scoprirà cosa avviene, la teoria non potrà essere considerata assolutamente valida; è necessaria una teoria in grado di spiegare la realtà indipendentemente dallo scienziato.