“Noi consideriamo la meccanica quantistica come una teoria completa per la quale le ipotesi fisiche e matematiche fondamentali non sono più suscettibili di modifica.”
-Heisenberg e Max Born, documento consegnato al Congresso Solvay del 1927
Heisenberg formulò il principio di indeterminazione nel febbraio 1927 mentre era impiegato come docente presso l’Istituto di Fisica Teorica di Bohr all’Università di Copenhagen. Bohr, che era stato in vacanza sulla neve, tornò all’istituto e trovò l’articolo di Heisenberg già in bozza. Inoltrando l’articolo a Einstein su richiesta di Heisenberg, Bohr si lamentò con Einstein che l’approccio di Heisenberg era troppo limitato e che il suo microscopio a raggi gamma era difettoso, anche se il risultato era corretto. Per Bohr, le relazioni di incertezza non derivavano semplicemente dalle equazioni quantistiche e dall’uso di particelle e discontinuità. Onde e particelle dovevano essere prese in considerazione allo stesso modo, e anche la dispersione delle onde luminose da parte dell’elettrone era cruciale. Quando Heisenberg ha corretto il suo esperimento di pensiero, ha solo confermato i risultati.
Nelle parole di Bohr, le immagini di onde e particelle, o le rappresentazioni visive e causali, sono “complementari” tra loro. Cioè, si escludono a vicenda, ma sono congiuntamente essenziali per una descrizione completa degli eventi quantistici. Ovviamente in un esperimento nel mondo quotidiano un oggetto non può essere contemporaneamente un’onda e una particella; deve essere o l’una o l’altra, a seconda della situazione. Nelle raffinatezze successive di questa interpretazione, la funzione d’onda dell’oggetto non osservato è una miscela di entrambe le immagini di onda e di particella, finché lo sperimentatore non sceglie cosa osservare in un dato esperimento. (Ricordate che, secondo Heisenberg, la funzione d’onda di un oggetto nasce quando lo osserviamo). Scegliendo l’immagine dell’onda o della particella, lo sperimentatore disturba la natura intatta. Tale favoritismo scatena una limitazione in ciò che si può imparare sulla natura “come è veramente”. Questa limitazione è espressa dalle relazioni di incertezza di Heisenberg, che, per Bohr, erano legate a ciò che ora chiamava “complementarità”. La complementarità, l’incertezza e l’interpretazione statistica della funzione d’onda di Schrödinger erano tutte correlate. Insieme formavano un’interpretazione logica del significato fisico della meccanica quantistica conosciuta come “interpretazione di Copenhagen.”
:Poiché i miei colloqui con Bohr continuavano spesso fino a molto dopo la mezzanotte e non producevano una conclusione soddisfacente, …entrambi diventammo completamente esausti e piuttosto tesi.”
-Heisenberg, ricordo
Heisenberg all’inizio si oppose con veemenza alle opinioni di Bohr. Insistendo sull’uso primario di particelle e discontinuità, rifiutò il suggerimento di Bohr di ritirare il suo articolo, che era già in stampa. Tuttavia, aggiunse un paragrafo per avvisare i lettori del punto di vista di Bohr e ammettere l’errore sulla risoluzione del microscopio. La battaglia con Bohr divenne così intensa nei primi mesi del 1927 che Heisenberg a un certo punto scoppiò in lacrime e riuscì persino a ferire Bohr con le sue osservazioni taglienti. Ovviamente, c’era molto in gioco per il venticinquenne.
Nell’autunno del 1927, le cose erano completamente cambiate. La situazione lavorativa di Heisenberg fu risolta con la sua nomina all’Università di Lipsia. E Bohr presentò a una conferenza sul lago di Como, in Italia, il suo argomento sulla complementarità. Un mese dopo, nell’ottobre 1927, Born e Heisenberg, parlando alla conferenza di fisica Solvay a Bruxelles, in Belgio, arrivarono a dichiarare la meccanica quantistica completa e irrevocabile.
“La teoria rende molto, ma difficilmente ci avvicina al segreto del Vecchio. In ogni caso sono convinto che Lui non lancia i dadi”
-Einstein, scrivendo a Max Born, il 4 dicembre 1926.
Non tutti erano d’accordo con la nuova interpretazione, o con la dichiarazione di Born e Heisenberg sul lavoro futuro. Einstein e Schrödinger furono tra i più notevoli dissidenti. Fino alla fine della loro vita non accettarono mai completamente la dottrina di Copenhagen. Einstein era insoddisfatto dell’affidamento alle probabilità. Ma ancora più fondamentalmente, credeva che la natura esistesse indipendentemente dallo sperimentatore, e che i moti delle particelle fossero determinati con precisione. È compito del fisico scoprire le leggi della natura che governano questi moti, il che, alla fine, non richiederà teorie statistiche. Il fatto che la meccanica quantistica sembrasse coerente solo con i risultati statistici e non potesse descrivere completamente ogni movimento era per Einstein un’indicazione che la meccanica quantistica era ancora incompleta. Da allora sono state proposte interpretazioni alternative che sono ora sottoposte a seria considerazione.
Visita la nostra mostra su Einstein per i dibattiti Bohr-Einstein.
Nonostante le obiezioni di Einstein e di altri, Bohr, Heisenberg e i loro colleghi riuscirono a far accettare la loro interpretazione dalla maggioranza dei fisici di allora. Lo fecero sia presentando la nuova interpretazione durante le conferenze in tutto il mondo, sia dimostrando che funzionava. I successi della teoria attirarono naturalmente molti dei migliori studenti in istituti come quello di Heisenberg, alcuni provenienti anche dall’America, dall’India e dal Giappone. Questi brillanti studenti, nutriti dalla dottrina di Copenhagen ed educati alla nuova meccanica quantistica, formarono una nuova e dominante generazione di fisici. Quelli della Germania e dell’Europa centrale portarono le nuove idee con loro mentre si disperdevano nel mondo durante gli anni ’30 e ’40 sulla scia dell’ascesa al potere di Hitler in Germania.