L’uomo

Werner Heisenberg (Würzburg 1901 - Monaco 1976) studiò all’Università di Monaco e dal 1924 al 1927 ricevette una borsa di studio dalla Rockfeller Foundation per specializzarsi con Niels Bohr presso l’Università di Copenaghen. Nel 1927 ottenne l’incarico di professore di fisica teorica all’Università di Lipsia e fu successivamente professore presso le università di Berlino, Gottinga e Monaco. Nel 1941 divenne direttore dell’Istituto Kaiser Wilhelm per la fisica (che nel 1946 prese il nome d’Istituto Max Planck).

Fu uno dei più grandi fisici teorici e fornì il suo contributo più rilevante alla teoria della struttura atomica. Il principio d’indeterminazione ebbe un ruolo importantissimo per gli sviluppi della meccanica quantistica e per il pensiero filosofico moderno. Fu insignito nel 1932 del premio Nobel per la fisica.

 

La scoperta

Il principio d’indeterminazione è un principio fondamentale della meccanica quantistica secondo cui è impossibile misurare contemporaneamente con esattezza assoluta la posizione x e la quantità di moto p (cioè il prodotto della massa per la velocità) di una particella elementare. Secondo il principio, formulato nel 1927, il prodotto delle incertezze delle due misure (vale a dire degli errori con cui si possono determinare posizione e quantità di moto) non può essere inferiore al valore minimo Δx∙Δph\2π, dove Δx è l’indeterminazione sulla posizione, Δp quella sulla quantità di moto e h la costante di Planck (la costante fondamentale della teoria quantistica): la conseguenza è che quanto più precisa è la misura di una delle due quantità tanto maggiore risulta l’incertezza nella misura dell’altra. Il principio d’indeterminazione è intrinseco, non dipende ossia né dal tipo di particella né dal sistema d’osservazione o da quello di riferimento né da alcun altro fattore; è il processo stesso di misurazione che perturba il sistema osservato. Il principio d’indeterminazione può essere generalizzato ad altre grandezze fisiche.

 

Energia e tempo

Il principio d’indeterminazione per energia e tempo è molto importante, perché implica che nei processi subatomici la legge di conservazione dell’energia può essere violata per tempi brevissimi, purché il bilancio energetico alla fine di questi periodi sia in pareggio: tanto maggiore è lo scarto energetico dalla conservazione, tanto minore è l’intervallo di tempo consentito. Si può pensare allora che, a volte, delle particelle siano prodotte dal nulla, ma esse cessino di esistere prima del tempo necessario perché siano rivelate; nello spazio vuoto ci sarebbe una continua creazione-distruzione di particelle, dette virtuali. Di recente è stata avanzata la congettura che il big bang abbia avuto inizio dal nulla sotto forma di una minuscola particella virtuale, di grande massa, che abbia subito una rapidissima espansione senza scomparire.

 

Le conseguenze

Il principio d’indeterminazione vale per qualsiasi corpo o sistema fisico, anche se nel mondo macroscopico ha un’influenza trascurabile. Introducendo un valore d’incertezza minimo nelle misure, ha implicato che le teorie fisiche (prima tra tutte la meccanica quantistica) siano statistiche, cioè possano solo prevedere la probabilità che un certo fenomeno accada. Ne sono nate polemiche molto accese tra scienziati; il più famoso oppositore alle implicazioni del principio d’indeterminazione fu il tedesco A. Einstein (1878-1955), convinto che “Dio non gioca a dadi con il mondo”. Il dibattito si è esteso anche nell’ambito della filosofia della scienza, poiché il principio d’indeterminazione mette in discussione il principio di casualità.