Meccanica Quantistica: esposizione divulgativa (Parte prima)

All’inzio del ventesimo secolo, gli scienziati erano convinti di aver compreso i principi fondamentali della natura. Gli atomi erano i “mattoncini” con cui era costruito il mondo naturale, le leggi di Newton spiegavano il moto: la maggior parte dei problemi di fisica sembravano risolti. Ma, a partire dalla teoria della relatività di Einstein, che sostituisce la meccanica newtoniana, gli scienziati hanno gradualmente capito che la loro conoscenza era ben lontana dall’essere completa. Di particolare interesse era il campo in espansione della meccanica quantistica, che alterava completamente i precetti fondamentali della fisica.

Come caratteristica fondamentale, la meccanica quantistica descrive la radiazione e la materia sia come fenomeno ondulatorio che come entità particellare, al contrario della meccanica classica, dove per esempio la luce è descritta solo come un’onda o l’elettrone solo come una particella. Questa inaspettata e contro intuitiva proprietà, chiamata dualismo onda-particella, è la principale ragione del fallimento di tutte le teorie classiche sviluppate fino al XIX secolo nella descrizione degli atomi e delle molecole. La relazione fra natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle e della radiazione è enunciata nel principio di complementarità e formalizzata nel principio di indeterminazione di Heisenberg.

Onda o particella?  La luce passa da una fenditura, poi ne incontra altre due. Le onde interferiscono tra loro, creando chiazze alternate di luce e buio; se fossero particelle, ci sarebbe luce solo in A e in B. Con un fascio di elettroni accade la stessa identica cosa. Eppure, con altri esperimenti, si dimostra che gli elettroni sono particelle. Ecco perché si parla di “dualismo onda-particella”.

La meccanica quantistica rappresenta assieme alla relatività un punto di svolta rispetto alla fisica classica, portando alla nascita della fisica moderna. Esistono numerosi formalismi matematici equivalenti della teoria, come la meccanica ondulatoria e la meccanica delle matrici; al contrario esistono numerose e discordanti interpretazioni della meccanica quantistica riguardo l’essenza ultima del cosmo e della natura. La meccanica quantistica è a fondamento di molte altre branche della fisica moderna come la fisica atomica, la fisica della materia condensata, la fisica nucleare e subnucleare e la fisica delle particelle, basate sulla teoria quantistica dei campi, generalizzazione della formulazione originale che include il principio di relatività ristretta.

Storia

L’indagine scientifica sulla natura ondulatoria della luce all’inizio nei secoli XVII e XVIII, quando scienziati come Robert Hooke, Christiaan Huygens e Leonhard Eulero proposero una teoria ondulatoria della luce su osservazione sperimentali. Nel 1803, Thomas Young, un politologo inglese, eseguì il famoso esperimento a doppia fenditura che descrisse in seguito in un articolo intitolato Sulla natura della luce e dei colori. Questo esperimento ha avuto un ruolo importante nell’accettazione generale della teoria ondulatoria della luce.
Nel 1838, Michael Faraday scoprì i raggi catodici. Questi studi sono seguiti dalla dichiarazione del 1859 del problema delle radiazioni del corpo nero di Gustav Kirchhoff, la proposta del 1877 di Ludwig Boltzmann secondo cui gli stati energetici di un sistema fisico possono essere discreti, l’ipotesi quantistica del 1900 di Max Planck. L ‘ipotesi di Planck che l’energia è irradiata e assorbita in “quanti” discreti (o pacchetti di energia) corrispondeva esattamente ai modelli della radiazione del corpo nero.

Nel 1896, Wilhelm Wien determinò empiricamente una legge sulla distribuzione delle leggi del corpo nero, nota come legge di Wien a suo onore. Ludwig Boltzmann arriva a tali conclusioni medianti considerazioni sulle equazioni di Maxwell. Tuttavia, era valida solo alle alte frequenze sottovalutando la radianza alle basse frequenze. Grazie a Planck fu ipotizzata la legge di Planck, che portò allo sviluppo della meccanica quantistica.

Max Planck è considerato il padre della teoria dei quanti dove h è la costante di Planck .

Seguendo la soluzione di Max Planck del 1900 e del problema del corpo nero (nel 1859), Albert Einstein offre una teoria per spiegare l’effetto fotoelettrico (1905). Intorno al 1900-1910, la teoria atomica e la teoria corpuscolare della luce sono per la prima volta accettate come fatto scientifico; Queste furono le teorie della materia e della radiazione elettromagnetica.

Tra i primi a studiare i fenomeni quantistici in natura furono Arthur Compton, CV Raman e Pieter Zeeman, ad ognuno dei quali è stato associato un effetto quantico che porta il loro nome. Robert Andrews Millikan studiò l’effetto fotoelettrico sperimentalmente e Albert Einstein ne sviluppò una teoria. Allo stesso tempo, Ernest Rutherford scoprì sperimentalmente il modello nucleare dell’atomo, per il quale Niels Bohr sviluppò la sua teoria della struttura atomica, che fu poi confermata dagli esperimenti di Henry Moseley. Nel 1913, Peter Debye estese la teoria della struttura atomica di Niels Bohr, introducendo orbite ellittiche, un concetto provato da Arnold Sommerfeld. Questa fase è nota come vecchia teoria quantistica. Secondo Planck, ogni quanto energetico (E) è proporzionale alla sua frequenza (v):

,

Planck insistette cautamente sul fatto che questo era semplicemente un aspetto dei processi di emissione e assorbimento della radiazione e non aveva nulla a che fare con la realtà fisica della radiazione stessa. In effetti, considerò la sua ipotesi quantistica un trucco matematico per ottenere la risposta giusta piuttosto che una scoperta considerevole. Tuttavia, nel 1905 Albert Einstein interpretò l’ipotesi quantistica di Planck realisticamente che impiegò per spiegare l’effetto fotoelettrico. Se si illuminano determinati materiali si possono estrarre elettroni dal materiale. Per questo lavoro Einstein vinse il premio Nobel per la fisica nel 1921. Einstein sviluppò ulteriormente questa idea, immaginò di correre come un’onda elettromagnetica ipotizzando che la luce potesse essere una particella (in seguito chiamata fotone), dotata di un quanto discreto di energia che dipendeva dalla sua frequenza.

  • quantizzazione di alcune proprietà fisiche
  • entanglement quantico
  • principio di indeterminazione
  • dualità onda-particella

La conferenza Solvay del 1927 a Bruxelles . Le basi della meccanica quantistica fondate nella prima metà del XX secolo da Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Arthur Compton, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Enrico Fermi, Wolfgang Pauli, Max von Laue, Freeman Dyson, David Hilbert, Wilhelm Wien, Satyendra Nath Bose, Arnold Sommerfeld, E altri. L’interpretazione di Copenaghen di Niels Bohr è stata accettata.

Formulazioni matematiche

Nella formulazione matematica rigorosa della meccanica quantistica sviluppata da Paul Dirac , David Hilbert , John von Neumann , e Hermann Weyl , i possibili stati di un sistema meccanico quantistico sono simbolizzati come vettori unitari (chiamati vettori di stato ). Formalmente, questi risiedono in un complesso spazio separabile di Hilbert, chiamato lo spazio dello stato o lo spazio associato di Hilbert del sistema – che è ben definito fino a un numero complesso di norma 1 (il fattore di fase). In altre parole, gli stati possibili sono punti nello spazio proiettivo di uno spazio di Hilbert, solitamente chiamato lo spazio proiettivo complesso . La natura esatta di questo spazio di Hilbert dipende dal sistema – per esempio, lo spazio di stato per gli stati di posizione e quantità di moto è lo spazio di funzioni al quadrato integrabili , mentre lo spazio di stato per lo spin di un singolo protone è solo il prodotto di due numeri complessi. Ogni osservabile è rappresenta da un operatore lineare Hermitiano (precisamente: da un autoaggiunto) che agisce sullo spazio degli stati. Ogni eigenstate (o autofunzione) di un osservabile corrisponde ad un autovettore dell’operatore, e l’autovalore associato corrisponde al valore dell’osservabile in quell’autostato. Se lo spettro dell’operatore è discreto, l’osservabile può avere solo quegli autovalori discreti.


Equazioni di Schrödinger e Klein-Gordon

Nel formalismo della meccanica quantistica, lo stato di un sistema in un dato momento viene descritto da una funzione d’onda, indicata anche come vettore di stato in uno spazio vettoriale complesso. Questo oggetto matematico astratto consente il calcolo delle probabilità di risultati di esperimenti concreti. Ad esempio, consente di calcolare la probabilità di trovare un elettrone in una particolare regione attorno al nucleo in un determinato momento. Contrariamente alla meccanica classica, non si possono mai fare predizioni simultanee di variabili coniugate, come posizione e quantità di moto, con precisione arbitraria. Per esempio, gli elettroni possono essere considerati (con una certa probabilità) per essere localizzati da qualche parte all’interno di una data regione dello spazio, ma con le loro esatte posizioni sconosciute. I contorni di probabilità costante, spesso indicati come “nuvole”, possono essere disegnati attorno al nucleo di un atomo per concettualizzare dove l’elettrone potrebbe essere localizzato con la maggiore probabilità. Di Heisenberg principio di indeterminazione quantifica l’impossibilità di localizzare con precisione la particella data la sua quantità di moto coniugato.

Secondo un’interpretazione, come risultato di una misurazione, la funzione d’onda che contiene l’informazione di probabilità per un sistema collassa da un dato stato iniziale a un particolare autenticità. I possibili risultati di una misurazione sono gli autovalori dell’operatore che rappresenta l’osservabile, il che spiega la scelta degli operatori Hermitiani , per i quali tutti gli autovalori sono reali. La distribuzione di probabilità di un osservabile in un dato stato può essere trovata calcolando la scomposizione spettrale dell’operatore corrispondente. Di Heisenberg principio di indeterminazione è rappresentata dalla dichiarazione che gli operatori corrispondenti a determinati osservabili non commutano .

La natura probabilistica della meccanica quantistica deriva quindi dall’atto di misurazione. Questo è uno degli aspetti più difficili da comprendere dei sistemi quantistici. Era il tema centrale nei famosi dibattiti di Bohr-Einstein , in cui i due scienziati tentarono di chiarire questi principi fondamentali attraverso esperimenti mentali . Nei decenni successivi alla formulazione della meccanica quantistica, la questione di cosa costituisce una “misurazione” è stata ampiamente studiata. Sono state formulate nuove interpretazioni della meccanica quantistica che eliminano il concetto di “collasso della funzione d’onda” (si veda, ad esempio, l’ interpretazione relativa dello stato). L’idea di base è che quando un sistema quantistico interagisce con un apparato di misura, le loro rispettive funzioni d’onda si intrappolano , cosicché il sistema quantico originale cessa di esistere come entità indipendente. Per i dettagli, vedi l’articolo sulla misurazione in meccanica quantistica .

Generalmente, la meccanica quantistica non assegna valori definiti. Invece, fa una previsione usando una distribuzione di probabilità; cioè, descrive la probabilità di ottenere i risultati possibili dalla misurazione di un osservabile. Spesso questi risultati sono distorti da molte cause, come le nubi di probabilità densa. Le nubi di probabilità sono approssimative (ma migliori del modello di Bohr) per cui la posizione degli elettroni è data da una funzione di probabilità, l’autovalore della funzione d’onda , tale che la probabilità è il modulo quadrato dell’ampiezza complessa o attrazione nucleare dello stato quantico . Naturalmente, queste probabilità dipenderanno dallo stato quantico all’istante della misura. Quindi, l’incertezza è coinvolta nel valore. Vi sono tuttavia alcuni stati associati a un valore definito di un particolare osservabile. Questi sono noti come eigestati dell’osservabile (“eigen” può essere tradotto dal tedesco come “inerente” o “caratteristico”).

Lo spazio della Meccanica Quantistica

Nel mondo di tutti i giorni, è naturale e intuitivo pensare a tutto (ogni osservabile) come a un autostima. Tutto sembra avere una posizione definita, un momento preciso, un’energia definita e un momento preciso di accadimento. Tuttavia, la meccanica quantistica non individua i valori esatti della posizione e del momento di una particella (poiché sono coppie coniugate ) o la sua energia e il suo tempo (poiché anch’essi sono coppie coniugate); piuttosto, fornisce solo una serie di probabilità in cui a questa particella potrebbe essere data la sua quantità di moto e la sua quantità di moto. Pertanto, è utile usare parole diverse per descrivere stati con valori incerti e stati con valori definiti (autostati). Di solito, un sistema non sarà in un autenticità della osservabile (particella) a cui siamo interessati.

Tuttavia, se si misura l’osservabile, la funzione d’onda sarà istantaneamente un eigenstate (o eigenstato “generalizzato”) di quell’osservabile. Questo processo è noto come collasso della funzione d’onda , un processo controverso e molto dibattuto che prevede l’espansione del sistema studiato per includere il dispositivo di misurazione. Se si conosce la funzione d’onda corrispondente nell’istante prima della misurazione, si sarà in grado di calcolare la probabilità che la funzione d’onda collassi in ciascuno dei possibili autostati. Ad esempio, la particella libera nell’esempio precedente avrà solitamente una funzione d’onda che è un pacchetto d’onda centrato attorno ad una posizione media 0(né un autenticità di posizione né di quantità di moto). Quando si misura la posizione della particella, è impossibile prevedere con certezza il risultato. È probabile, ma non certo, che sarà vicino a 0 , dove l’ampiezza della funzione d’onda è grande. Dopo aver eseguito la misura, dopo aver ottenuto qualche risultato x , la funzione d’onda collassa in una posizione autostato centrata su x .

L’andamento temporale di uno stato quantico è previsto dall’equazione di Schrödinger, in cui l’Hamiltoniano (l’operatore con l’energia totale del sistema) genera l’evoluzione del tempo. L ‘evoluzione temporale della funzione d’onda è deterministica.. Durante una misura, l’evoluzione della funzione successiva non è deterministica, è imprevedibile (cioè casuale).

L’equazione di Schrödinger descrive come lefunzioni d’onda cambiano nel tempo, svolgendo un ruolo simile alla seconda legge di Newton della meccanica classica. L’equazione di Schrödinger, applicata alla particella libera, prevede che il centro di un pacchetto d’onda si muove attraverso lo spazio ad una velocità costante (come una particella classica senza in assenza di forze esterne). Tuttavia, il pacchetto d’onda si diffonde e cambia nel tempo, il che significa che la posizione diventa più incerta nel tempo.

Fig. 1: Densità di probabilità corrispondente alle funzioni d’onda di un elettrone in un atomo di idrogeno con livelli energetici definiti (crescente dalla parte superiore dell’immagine verso il basso: n = 1, 2, 3, …) e momento angolare ( crescente da sinistra a destra: s , p , d , …). Le aree più luminose corrispondono a una densità di probabilità più elevata in una misurazione della posizione. Tali funzioni d’onda sono direttamente paragonabili alle figure di vibrazione acustica di Chladni nella fisica classica , e sono anche modalità di oscillazione, che possiedono un’energia acuta e, quindi, una frequenza definita . Il il momento angolare e l’energia sono quantizzati e prendono solo valori discreti come quelli mostrati (come nel caso delle frequenze di risonanza nell’acustica)

Alcune funzioni d’onda rappresentano distribuzioni di probabilità che sono costanti o indipendenti dal tempo, come quando in uno stato stazionario a energia costante, il tempo svanisce con quadrato assoluto della funzione d’onda. Molti sistemi che sono trattati dinamicamente nella meccanica classica sono descritti da queste funzioni d’onda “statiche”. Per esempio, un singolo elettrone in un atomo non eccitato è rappresentato classicamente come una particella che si muove con traiettoria circolare attorno al nucleo atomico , mentre in meccanica quantistica è descritta da una funzione d’onda statica, simmetrica e sferica che circonda il nucleo ( Figura 1 ) ( si noti, tuttavia, che solo gli stati del momento angolare più bassi, etichettati s, sono sfericamente simmetrici).

L’equazione di Schrödinger agisce sull’intera ampiezza della probabilità, nel suo valore assoluto. Il valore assoluto dell’ampiezza di probabilità codifica informazioni sulle probabilità, e la sua fase codifica informazioni sull’interferenza tra stati quantici. Ciò dà origine al comportamento “ondoso” degli stati quantici.

Esistono diverse tecniche per generare soluzioni approssimative come la teoria delle perturbazioni, nella quale si usa il risultato analitico per un semplice modello quanto-meccanico per generare un risultato di un modello più complicato che è correlato al modello più semplice (per un esempio) dall’aggiunta di una debole energia potenziale . Un altro metodo è l’approccio “equazione semi-classica del moto”, che si applica ai sistemi per i quali la meccanica quantistica produce solo deboli (piccole) deviazioni dal comportamento classico. Queste deviazioni possono quindi essere calcolate sulla base del movimento classico. Questo approccio è particolarmente importante nel campo del caos quantico .

Fig. 2: Le funzioni d’ onda dell’elettrone in un atomo di idrogeno a diversi livelli di energia. La meccanica quantistica non può predire la posizione esatta di una particella nello spazio, ma solo la probabilità di trovarla in posizioni diverse. Le aree più luminose rappresentano una maggiore probabilità di trovare l’elettrone.

Formulazioni matematicamente equivalenti della meccanica quantistica

Esistono diverse formulazioni matematiche equivalenti della meccanica quantistica. Una delle formulazioni più vecchie e più comunemente usate è la ” teoria di trasformazione” proposta da Paul Dirac , che unifica e generalizza le  prime due  – la meccanica delle matrici ( Werner Heisenberg ) e meccanica ondulatoria  (Erwin Schrödinger ). Da quando Werner Heisenberg fu insignito al Premio Nobel per la fisica nel 1932 per la formulazione della meccanica quantistica, il ruolo di Max Born nello sviluppo della MQ fu trascurato fino al Nobel del 1954. In una biografia del 2005,  Born, racconta il suo ruolo nella formulazione della meccanica delle matrice e l’uso delle ampiezze di probabilità. Lo stesso Heisenberg riconosce di aver imparato le matrici da Born, come pubblicato al festival del 1940 in onore di Max Planck . Nella formulazione matriciale, lo stato istantaneo di un sistema quantistico codifica la probabilità delle sue proprietà misurabili, o ” osservabili “.

Esempi di osservabili includono energia, posizione, quantità di moto e momento angolare. Le osservabili possono essere sia continue (ad esempio, la posizione di una particella) o discrete (l’energia di un elettrone legata a un atomo di idrogeno). una formulazione alternativa della meccanica quantistica è basata sull’integrale sui cammini  di  Feynmann, la cui ampiezza di probabilità viene considerata come una somma su tutti i possibili percorsi classici e non classici tra gli stati iniziali e finali che risulta essere la controparte  quantistica del principio di azione nella meccanica classica.

Integrale sui cammini di Feynmann

Interazioni con altre teorie scientifiche

Le regole della meccanica quantistica sono fondamentali. Asseriscono che lo spazio di stato di un sistema è uno spazio di Hilbert (in modo cruciale, che lo spazio ha un prodotto interno ) e che gli osservabili di quel sistema sono operatori ermitiani che agiscono su vettori in quello spazio, sebbene non ci dicano quale spazio di Hilbert o quali operatori. Questi possono essere scelti appropriatamente al fine di ottenere una descrizione quantitativa di un sistema quantistico. Una guida importante per fare queste scelte è il principio di corrispondenza, che afferma che le previsioni della meccanica quantistica si riducono a quelle della meccanica classica quando un sistema si muove verso energie superiori o, equivalentemente, numeri quantici più grandi, cioè considerando che una singola particella mostra un grado di casualità, in sistemi che incorporano milioni di particelle e, all’alto limite di energia, la probabilità statistica di comportamento casuale si avvicina a zero. In altre parole, la meccanica classica è semplicemente una meccanica quantistica per un grande sistema di particelle. Questo limite ad “alta energia” è noto come limite classico o di corrispondenza. Si può anche partire da un modello classico stabilito di un particolare sistema, quindi tentare di indovinare il modello quantistico sottostante che darebbe origine al modello classico nel limite di corrispondenza.

Problema irrisolto in fisica :

Nel limite di corrispondenza della meccanica quantistica : esiste un’interpretazione preferita della meccanica quantistica? In che modo la descrizione quantistica della realtà, include elementi come la ” sovrapposizione di stati” e il ” collasso della funzione d’onda

Quando la meccanica quantistica fu originariamente formulata, fu applicata a modelli il cui limite di corrispondenza era la meccanica classica non relativistica. Ad esempio, il noto modello dell’oscillatore armoniche quantistico utilizza un’espressione esplicitamente non relativistica per l’energia cinetica ed è quindi una versione quantistica dell’oscillatore armonico classico .

I primi tentativi di unificare la meccanica quantistica con la relatività speciale implicavano la sostituzione dell’equazione di Schrödinger con un’equazione covariante come l’ equazione di Klein-Gordon o l’ equazione di Dirac . Mentre queste teorie riuscivano a spiegare molti risultati sperimentali, avevano proprietà  insoddisfacenti derivanti dalla loro trascuratezza della creazione relativistica e dell’annientamento delle particelle. Una teoria quantistica pienamente relativistica richiedeva lo sviluppo della teoria dei campi quantistici , che applica la quantizzazione a un campo (piuttosto che a un insieme fisso di particelle). La prima teoria completa dei campi quantistici, l’elettrodinamica quantistica , fornisce una descrizione completamente quantistica dell’interazione elettromagnetica . L’intero apparato della teoria dei campi quantistici spesso non è necessario per descrivere i sistemi elettrodinamici. Un approccio più semplice, uno che è stato impiegato sin dall’inizio della meccanica quantistica, è quello di trattare le particelle cariche come oggetti meccanici quantici su cui si agisce un campo elettromagnetico classico. Ad esempio, il modello quantistico elementare dell’atomo di idrogeno descrive il campo elettrico dell’atomo di idrogeno usando un classico  Potenziale di Coulomb . Questo approccio “semi-classico” fallisce se le fluttuazioni quantistiche nel campo elettromagnetico giocano un ruolo importante, come nell’emissione di fotoni da parte di particelle cariche .

Niels Bohr e Albert Einstein.

Sono state anche sviluppate teorie quantistiche sul campo per la forza nucleare forte e la forza nucleare debole . La teoria quantistica del campo della forza nucleare forte è chiamata cromodinamica quantistica e descrive le interazioni di particelle subnucleari come quark e gluoni . La debole forza nucleare e la forza elettromagnetica erano unificate, nelle loro forme quantizzate, in una singola teoria dei campi quantistici (nota come teoria elettrodebole ), dai fisici Abdus Salam , Sheldon Glashow e Steven Weinberg . Questi tre uomini hanno condiviso il premio Nobel per la fisica nel 1979 per questo lavoro.

Si è dimostrato difficile costruire modelli quantistici di gravità, la forza fondamentale rimanente . Le approssimazioni semi classiche sono realizzabili e hanno portato a previsioni come la radiazione di Hawking . Tuttavia, la formulazione di una teoria completa della gravità quantistica è ostacolata da apparenti incompatibilità tra la relatività generale (la più accurata teoria della gravità attualmente conosciuta) e alcuni degli assunti fondamentali della teoria dei quanti. La risoluzione di queste incompatibilità è un’area di ricerca attiva, e teorie come la teoria delle stringhe sono tra i possibili candidati per una futura teoria della gravità quantistica. La meccanica classica è stata estesa anche al dominio complesso , con la meccanica classica complessa che esibisce comportamenti simili alla meccanica quantistica.

Meccanica quantistica e fisica classica

Le previsioni della meccanica quantistica sono state verificate sperimentalmente con un altissimo grado di accuratezza . Secondo il principio di corrispondenza tra meccanica classica e quantistica, tutti gli oggetti obbediscono alle leggi della meccanica quantistica, e la meccanica classica è solo un’approssimazione per grandi sistemi di oggetti (o una meccanica quantistica statistica di una vasta collezione di particelle). Le leggi della meccanica classica seguono così le leggi della meccanica quantistica come una media statistica al limite di grandi sistemi o grandi numeri quantici .Tuttavia, i sistemi caotici non hanno buoni numeri quantici e il caos quantistico studia la relazione tra la descrizione classica e quella quantistica in questi sistemi.

La coerenza quantistica è una differenza essenziale tra le teorie classiche e quelle quantistiche illustrate dal paradosso Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) – un attacco a una certa interpretazione filosofica della meccanica quantistica attraverso un appello al realismo locale   L’interferenza quantica comporta l’aggiunta di ampiezze di probabilità , mentre le “onde” classiche inferiscono che esiste un’aggiunta di intensità. Per i corpi microscopici, l’estensione del sistema è molto più piccola della lunghezza di coerenza , che dà luogo a entanglement a lungo raggio e ad altri fenomeni non locali caratteristici dei sistemi quantistici. La coerenza quantistica non è tipicamente evidente nelle scale macroscopiche, sebbene un’eccezione a questa regola possa verificarsi a temperature estremamente basse (cioè avvicinandosi allo zero assoluto) in cui il comportamento quantistico può manifestarsi macroscopicamente.  Ciò è conforme alle seguenti osservazioni:

  • Molte proprietà macroscopiche di un sistema classico sono una diretta conseguenza del comportamento quantistico delle sue parti. Ad esempio, la stabilità della materia alla rinfusa (costituita da atomi e molecole che collasserebbe rapidamente sotto le sole forze elettriche), la rigidità dei solidi e le proprietà meccaniche, termiche, chimiche, ottiche e magnetiche della materia sono tutti risultati dell’interazione di cariche elettriche secondo le regole della meccanica quantistica.
  • Mentre il comportamento apparentemente “esotico” della materia, posto dalla meccanica quantistica e dalla teoria della relatività, diventa più evidente quando si tratta di particelle di dimensioni estremamente ridotte o velocità che si avvicinano alla velocità della luce , le leggi della fisica classica, spesso considerata ” newtoniana “, rimangono accurate in predire il comportamento della stragrande maggioranza di oggetti “grandi” (dell’ordine delle dimensioni di grandi molecole o più grandi) a velocità molto più piccole della velocità della luce .

 

Referenze

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