Meccanica quantistica: differenze tra le versioni

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[[File:Max Planck (1858-1947).jpg|thumb|Il [[fisico]] tedesco [[Max Planck]] (1858-1947), che introdusse il concetto di "[[quanto]]", alla base della [[Legge di Planck|legge che porta il suo nome]], nel suo lavoro del 1900 "''Ueber die Elementarquanta der Materie und der Elektrizitaet''" (Sui quanti elementari della materia e dell'elettricità)<ref name=planck_quantum />]]

La '''meccanica quantistica''' (detta anche '''meccanica''' '''quasimoda''') è la [[Fisica teorica|teoria fisica]] che descrive il comportamento della [[materia (fisica)|materia]], della [[radiazione]] e le reciproche [[Interazione|interazioni]], con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di [[energia]] [[atomo|atomica]] e subatomica,<ref name="feylect">{{cita libro|autore=Richard Phillips Feynman|titolo=The Feynman Lectures on Physics|volume=3|anno=1964|editore=Addison-Wesley|coautori=Robert B. Leighton and Matthew Sands|p=1|lingua=en}}</ref> dove le precedenti teorie [[Fisica classica|classiche]] risultano inadeguate.

Come caratteristica fondamentale, la meccanica quantistica descrive la radiazione<ref name=einsteineuristico>{{cita pubblicazione|autore=A. Einstein|titolo="Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt" (Su un punto di vista euristico riguardo alla produzione e alla trasformazione della luce)|rivista=[[Annalen der Physik]]|volume=17|anno=1905|pp=132-148|url=http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein1.pdf|lingua=de|accesso=30 gennaio 2012|dataarchivio=22 agosto 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140822215426/http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein1.pdf|urlmorto=sì}}</ref> e la materia<ref>{{cita libro|autore=Louis de Broglie|titolo="Recherches sur la théorie des quanta"|anno=1924|lingua=fr}}</ref> sia come fenomeni [[Onda|ondulatori]] che come entità particellari, al contrario della [[meccanica classica]], che descrive la luce solamente come un'[[onda]] e, ad esempio, l'[[elettrone]] solo come una [[particella (fisica)|particella]]. Questa inaspettata e controintuitiva proprietà della realtà fisica, chiamata [[dualismo onda-particella]],<ref>{{cita libro|titolo="Quantum Mechanics: An Introduction"|url=https://archive.org/details/quantummechanics00grei_281|autore=Walter Greiner|editore=Springer|anno=2001|isbn=3-540-67458-6|p=[https://archive.org/details/quantummechanics00grei_281/page/n52 29]|lingua=en}}</ref> è la principale ragione del fallimento delle teorie sviluppate fino al [[XIX secolo]] nella descrizione degli atomi e delle molecole. La relazione tra natura ondulatoria e corpuscolare è enunciata nel [[principio di complementarità]] e formalizzata nel [[principio di indeterminazione di Heisenberg]].<ref>{{cita pubblicazione|autore=W. Heisenberg |anno=1930 |titolo="Physikalische Prinzipien der Quantentheorie" |editore=Hirzel|lingua=de}}</ref>

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La fisica classica fino al XIX secolo era divisa in due corpi di leggi: quelle di Newton, che descrivono i moti e la dinamica dei corpi meccanici, e quelle di Maxwell, che descrivono l'andamento e i vincoli a cui sono soggetti i campi elettromagnetici come la luce e le onde radio. A lungo si era dibattuto sulla natura della luce e alcune evidenze sperimentali, come l'[[esperimento di Young]], portavano a concludere che la luce dovesse essere considerata come un'onda.

Agli inizi del XX secolo alcune incongruenze teorico-sperimentali misero in crisi la concezione puramente ondulatoria della radiazione elettromagnetica, portando alla teoria, avanzata da Einstein sulla base dei primi lavori di Max Planck, nella quale fu reintrodotta in una certa misura la natura corpuscolare della luce, considerata come composta da [[fotone|fotoni]] che trasportano quantità discrete dell'energia totale dell'onda elettromagnetica. I fotoni rappresentano quindi le particelle corrispondenti alle eccitazioni elementari del [[campo elettromagnetico]]; in altri termini i campi elettrici e magnetici possono essere pensati come costituiti da particelle, ciascuna delle quali trasporta una frazione dell'energia totale del campo elettromagnetico.<ref>{{cita web|url=https://www.treccani.it/enciclopedia/fotone/|titolo=fotone|accesso=7/11/2023|lingua=it}}</ref>

Successivamente Louis de Broglie avanzò l'[[Ipotesi di de Broglie|ipotesi]] che la natura della materia e della radiazione non dovesse essere pensata solo in termini esclusivi ''o'' di un'onda ''o'' di una particella, ma che le due entità sono al tempo stesso ''sia'' un corpuscolo ''sia'' un'onda. A ogni corpo materiale viene associata una nuova [[lunghezza d'onda]], che, se di valore piccolissimo e difficilmente apprezzabile per i valori di massa del mondo macroscopico, assume importanza fondamentale per l'interpretazione dei fenomeni alla scala atomica e subatomica. La teoria di De Broglie fu confermata dalla scoperta della diffrazione dell'elettrone osservata nell'[[esperimento di Davisson e Germer]] del 1927.<ref>{{cita web|url=http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/htmla/2_11a.html|titolo=The Nature of Matter|accesso=1º gennaio 2013|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130508062723/http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/htmla/2_11a.html|dataarchivio=8 maggio 2013|lingua=en}}</ref>

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[[File:Standing wave.gif|upright=1.2|thumb|left|In un'[[onda stazionaria]], i nodi sono punti che non sono coinvolti dall'oscillazione, in rosso nella figura. Il numero di nodi è quindi sempre intero.]]

Come Schrödinger stesso osservò,<ref>{{cita pubblicazione|titolo=Quantisierung als Eigenwertproblem II|autore=Erwin Schrödinger|data=23 febbraio 1926|rivista=Annalen der Physik|volume=79|pp=489-527|url=http://dieumsnh.qfb.umich.mx/archivoshistoricosmq/ModernaHist/Schrodinger1926c.pdf|lingua=de|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20050128002304/http://home.tiscali.nl/physis/HistoricPaper/Schroedinger/Schrodinger1926b.pdf|dataarchivio=28 gennaio 2005}}</ref> condizioni di tipo ondulatorio sono presenti ed erano già state scoperte anche per la meccanica classica di tipo newtoniano. Nell'[[ottica geometrica]], il limite delle leggi dell'ottica in cui la lunghezza d'onda della luce tende a zero, i raggi di luce si propagano seguendo percorsi che minimizzano il cammino ottico, come stabilito dal [[principio di Fermat]]. Allo stesso modo, secondo il [[Principio variazionale di Hamilton|principio di Hamilton]], le traiettorie classiche sono soluzioni stazionarie o di minimo dell'[[azione (fisica)|azione]], che per una [[particella libera]] è semplicemente legata all'energia cinetica lungo la curva.

Tuttavia l'ottica geometrica non considera gli effetti che si hanno quando la lunghezza d'onda della luce non è trascurabile, come l'[[interferenza (fisica)|interferenza]] e la [[diffrazione]].