Le applicazioni della fisica quantistica
Scienza e Fisica Quantistica
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Oltre alle già conosciute applicazioni della fisica quantistica, come il Laser, ne esistono molte altre, fra cui quelle in biologia.
Redazione - Scienza e Conoscenza - 10/05/2021
La fisica quantistica e la biologia molecolare
La chimica quantistica è il ramo della fisica quantistica che si occupa delle interazioni tra atomi e molecole, e la vita non è nient’altro che questo. Non c’è da sorprendersi che verso la metà del XX secolo molte delle grandi scoperte nella comprensione della molecola della vita, il DNA, nonché del codice genetico, furono opera di scienziati con solide conoscenze della fisica.
Erwin Schrodinger scrisse un testo fondamentale, dal titolo What is Life? Francis Crick, che (assieme a James Watson) scoprì la struttura del DNA, era un fisico che si era applicato alla biologia molecolare soprattutto grazie all’influenza di quell’opera.
Linus Pauling, fisico quantistico, si dedicò anch’egli alla biologia molecolare, e George Gamow, che tanto aveva apportato alla fisica, svolse un ruolo di rilievo nella comprensione del codice genetico.
Ulteriori sviluppi, come l’ingegneria genetica e la clonazione, sono stati ottenuti solo grazie alla comprensione del funzionamento del DNA, ottenuta proprio con l’applicazione della fisica quantistica alla biologia […].
Implicazioni ancora da scoprire della fisica dei quanti
La tecnologia dei computer, i laser, l’energia nucleare, l’ingegneria genetica e altro ancora si servono della fisica quantistica, questo è certo, ma se ne servono così come s’impiega un libro di ricette, senza doversi preoccupare di ciò che significa.
Di norma la meccanica quantistica non si preoccupa delle implicazioni filosofiche e delle interpretazioni della fisica quantistica più di quanto un autista non si preoccupi del funzionamento del motore della propria auto.
Finché tutto funziona, l’atteggiamento è fondamentalmente identico: perché preoccuparsene?
Se qualcuno volesse poi capire qualcosa di più sul funzionamento del “motore”, sarà sufficiente dare un’occhiata all’esperimento della doppia fenditura e da qui procedere in ulteriori approfondimenti».
Uno dei padri fondatori della fisica quantistica
Chi era Werner Karl Heisenberg
Heisenberg, Werner Karl (1901-1976) fisico tedesco, è stato uno dei padri fondatori della teoria quantistica, oltre a essere lo scopritore del principio d'indeterminazione. Nonostante ciò, fu premiato nel 1932 con il Nobel per la fisica non in virtù del lavoro per il quale oggi è noto, ma per un’approfondita spiegazione delle proprietà dello spettro dell'idrogeno molecolare.
Nato a Duisburg il 5 dicembre 1901, Heisenberg era figlio di un professore di greco presso l’Università di Monaco. Dopo aver studiato all’Università di Monaco (dov’era iscritto anche Wolfgang Pauli e dove il suo supervisore per il dottorato - ottenuto nel 1932 - era Arnold Sommerfeld), Heisenberg lavorò con Max Born a Gèittingen e con Niels Bohr a Copenhagen, prima di diventare professore di fisica teorica presso l'Università di Lipsia (1927).
Nel 1941 fu nominato direttore dell'Istituto Max Planck di Fisica, nonché professore di fisica presso l’Università di Berlino, dove sarebbe rimasto fino al 1945.
Essendo il principale fisico ad aver mantenuto i suoi incarichi nella Germania nazista durante la Seconda Guerra Mondiale, Heisenberg era sospettato di aver avuto simpatie per il regime, e comunque era lui il più temuto dagli Alleati, quello che si riteneva potesse condurre la Germania alla bomba atomica.
In realtà, quel poco di ricerca nucleare condotta in Germania durante la Seconda Guerra Mondiale, si diresse soprattutto alla creazione di fonti alternative d’energia, e non di armi.
In seguito, Heisenberg affermò che era stato proprio lui a distogliere i leader nazisti da un eventuale progetto per lo sviluppo di armi nucleari […].
Verso la fine del 1926 Heisenberg scoprì il ruolo fondamentale dell'indeterminazione nella realtà quantistica.
Heisenberg era profondamente interessato agli aspetti filosofici della meccanica quantistica, e ipotizzò che la dualità onda-particella potesse essere spiegata se entità come gli elettroni fossero state piccole particelle portate a destinazione da quelle che egli definì “onde pilota”.
Quell'idea fu però eclissata dal successo dell'interpretazione di Copenhagen, anche se c’era comunque una stretta somiglianza all’ipotesi di David Bohm (in realtà, fu proprio Heinsenberg a ispirare il lavoro di Bohm), successivamente accettata come interpretazione valida del comportamento del mondo quantistico.
Dopo la Seconda Guerra Mondiale, Heisenberg svolse un ruolo fondamentale nell’allestimento dell’Istituto Max Planck di Fisica (la nuova denominazione dell'Istituto Kaiser Wilhelm) di Gottingen, del quale fu il primo direttore, non-ché supervisore all’epoca del suo trasferimento a Monaco di Baviera (1955).
Sempre nel 1955, Heisenberg fu nominato professore di fisica all’Università di Monaco. Negli ultimi anni della sua attività si dedicò soprattutto a un tentativo (infruttuoso) di giungere a una teoria unitaria dei campi.
Propose, inoltre, il concetto di “intero indiviso”, secondo il quale ogni cosa al mondo (e in particolare modo la realtà quantistica) fa parte di un solo sistema, e quindi, tanto per fare un esempio, non dovrebbe sorprendere affat-to che chiudendo una feritoia nel famoso esperimento dei due fori ciò influisca istantaneamente sul comportamento di un elettrone che sta passando per l’altra feritoia. Sebbene all'epoca quell’idea non fosse stata accettata universalmente, in seguito fu adeguatamente sviluppata da David Bohm. Heisenberg morì a Monaco il 2 febbraio 1976.
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