Comprendere la fisica quantistica: breve introduzione per principianti

Abstract

La física cuántica representa uno de los retos científicos y culturales más grandes en la historia humana. Gran parte de la tecnología moderna y nuestra comprensión de la realidad física se basan en ella. La física cuántica representó una verdadera revolución cultural, ya que prevé un comportamiento de partículas que contradice radicalmente nuestra forma de entender la realidad cotidiana y las condiciones en las que se fundó toda la física anterior. Y, sin embargo, un siglo después de su fundación, debido al formalismo matemático abstracto y complejo en el que se basa, queda algo misterioso y extraño para los no expertos y los estudiantes de secundaria. En este trabajo ilustramos un enfoque didáctico, que se inspira en los intentos recientes de reformular esta teoría sobre la base de principios físicos elementales. Este enfoque tiene la ventaja de no utilizar el formalismo matemático de los espacios de Hibert y de los operadores hermitianos, y de derivar de manera intuitiva y razonable los conceptos fundamentales de indeterminación y enredo. Esperamos que este enfoque pueda contribuir a una mayor difusión y comprensión de este patrimonio científico y cultural.

Quantum physics represents one of the greatest scientific and cultural challenges in human history. Much of modern technology and our understanding of physical reality are based on it. Quantum physics represented a true cultural revolution, since it foresees a behavior of particles that radically contradicts our way of understanding everyday reality and the conditions in which all previous physics was founded. And yet, a century after its founding, due to the abstract and complex mathematical formalism on which it is based, something mysterious and strange remains for non-experts and high school students. In this paper we illustrate a didactic approach, which is inspired by recent attempts to reformulate this theory on the basis of elementary physical principles. This approach has the advantage of not using the mathematical formalism of Hibert spaces and Hermitian operators, and of intuitively and reasonably deriving the fundamental concepts of indeterminacy and entanglement. We hope that this approach can contribute to a greater dissemination and understanding of this scientific and cultural heritage.

La fisica quantistica, rappresenta una delle maggiori scientifiche e culturali nella storia umana. Gran parte della moderna tecnologia e della nostra comprensione della realtà fisica si basano su di essa. La fisica quantistica rappresentò una reale rivoluzione culturale in quanto prevede un comportamento delle particelle che contraddice radicalmente il nostro modo di comprendere la realtà quotidiana e i presupposti su cui è stata fondata tutta la fisica precedente. Eppure, a distanza di un secolo dalla sua fondazione, a causa principalmente del formalismo matematico astratto e complesso su cui si basa, rimane per i non addetti ai lavori e per gli studenti di liceo qualcosa di misterioso e bizzarro. In questo lavoro illustriamo un approccio didattico, che prende spunto da recenti tentativi di riformulare questa teoria sulla base di principi fisici elementari. Tale approccio ha il vantaggio di non utilizzare il formalismo matematico degli spazi di Hibert e degli operatori Hermitiani, e di ricavare in modo intuitivo e ragionevole i concetti fondamentali di indeterminazione ed entanglement. Ci auguriamo che questo approccio possa contribuire ad una maggiore diffusione e comprensione di questo patrimonio scientifico e culturale.