Principio di complementarità
In fisica il principio di complementarità afferma che il duplice aspetto, corpuscolare e ondulatorio, dei fenomeni che avvengono a livello atomico e subatomico, definito dualismo onda-particella, non può essere osservato contemporaneamente durante lo stesso esperimento.
Fu enunciato da Niels Bohr al Congresso internazionale dei fisici del 1927 (tenutosi a Como in occasione del centenario della morte di Alessandro Volta), rendendo in qualche modo meno stridente con la concezione fisica classica, ed anche logica, uno degli aspetti più originali e innovativi della realtà fisica descritta dalla meccanica quantistica.
Corpuscoli e onde
Fino alla fine dell'Ottocento con la fisica classica le leggi della meccanica di Newton descrivevano il mondo macroscopico, non solo dei fenomeni meccanici, ma anche di quelli termici e acustici, mentre per i fenomeni elettromagnetici si ricorreva alle leggi di Maxwell. Perciò fenomeni meccanici e ondulatori rimanevano sostanzialmente distinti. Quando però si iniziò a studiare il mondo su piccola scala, ci si rese conto delle contraddizioni che questa suddivisione comportava: mentre da un lato la diffrazione degli elettroni evidenziava l'aspetto ondulatorio delle particelle, che quindi mostravano di possedere entrambi i comportamenti validando l'ipotesi di de Broglie, dall'altro l'effetto fotoelettrico e lo spettro del corpo nero potevano essere spiegati solo ammettendo che le onde elettromagnetiche fossero formate da corpuscoli aventi energia con un valore fisso e indivisibile (quanti), detti poi fotoni.
Complementarità
Trovandosi di fronte ad aspetti contraddittori, Bohr considerò le "contraddizioni" solo apparenti e le risolse postulando che tali aspetti, come quello corpuscolare e ondulatorio, non sono complementari solo in senso concettuale, ma che non possono essere osservati contemporaneamente in quanto escludentisi a vicenda: l'osservazione dell'uno preclude cioè quella dell'altro. La versione originale di complementarità fu tra la rappresentazione spazio-temporale e la causalità, a cui affiancò quella tra la rappresentazione corpuscolare e ondulatoria.
La situazione viene così descritta da Heisenberg[1]: «Anche se esiste un corpo di leggi matematiche "esatte", queste non esprimono relazioni tra oggetti esistenti nello spazio-tempo; è vero che approssimativamente si può parlare di "onde" e "corpuscoli", ma le due descrizioni hanno la stessa validità. Per converso, la descrizione cinematica di un fenomeno necessita dell'osservazione diretta; ma poiché osservare significa interagire, ciò preclude la validità rigorosa del principio di causalità.»
In altre parole:
- o descriviamo i fenomeni nello spazio-tempo, ma dovendo tener conto delle limitazioni date dal principio di indeterminazione di Heisenberg;
- o usiamo relazioni causali espresse da leggi matematiche, ma allora la descrizione nello spazio-tempo diventa impossibile.
Note
- ^ Werner Heisenberg, The Physical Principles of Quantum Mechanics, Dover Publications, 1930.
