La natura delle cose: 2. Alternative
Nell’ultimo post ho cercato di presentare in forma semplice il fenomeno della quantizzazione. Abbiamo visto che una grandezza quantizzata può assumere soltanto alcuni valori ben definiti, separati da intervalli proibiti. Ho fatto l’esempio della carica elettrica, uno dei primi casi di quantizzazione che siano stati scoperti (esattamente 100 anni fa, ad opera di Robert Andrews Millikan) e uno dei più semplici: il quanto di carica elettrica è uguale alla carica di un protone, e tutte le particelle osservabili hanno una carica elettrica che è un multiplo intero di questo valore.
"E allora?", penserà qualcuno di voi. Ci sono un sacco di situazioni di questo tipo nella vita quotidiana. La carta estratta da un mazzo avrà uno dei 52 valori possibili. Lanciando una moneta ci sono soltanto due possibilità: testa o croce. Cosa c’è di speciale in tutto questo?
Potrei scrivere un post lunghissimo e incomprensibile sul perché sia così inaspettato che alcune grandezze fisiche (le energie di eccitazione degli atomi, ad esempio) siano quantizzate. Ma preferisco raccogliere il vostro suggerimento e parlare di un fenomeno per molti versi simile al lancio di una moneta. Scopriremo che la quantizzazione non è un fenomeno così innocuo come può sembrare a prima vista. E chissà che un giorno la scelta di campo al Super Bowl non si faccia misurando la componente z dello spin di un atomo di argento…
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Il titolo di questo post è una citazione diretta del grande poema latino De rerum natura scritto dal poeta Lucrezio nel primo secolo avanti Cristo. Ci sono parecchie ragioni per le quali amo questo libro fin dai tempi del liceo. La prima, naturalmente, è che Lucrezio è molto bravo: i suoi versi sono allo stesso tempo di grande bellezza e di estrema precisione, e le immagini a cui egli dà vita sono originali e potenti. Un’altra ovvia ragione per il mio interesse è che il De rerum natura è l’unico grande poema che io conosca che parla di fisica, in particolare degli atomi e del loro movimento. Non parla soltanto di fisica, certo. Sa descrivere gli sconvolgimenti interiori provocati dalle passioni amorose e le sofferenze di una città colpita da una pestilenza. Il punto di vista adottato è però quello di chi vuole comprendere questi ed altri fenomeni, a partire dall’ipotesi che essi possano essere spiegati in base alle leggi della natura.
L’aula è piccola, i banchi simili a quelli che da noi si vedono ormai soltanto in chiesa, un tavolo sottile e una panca che corre parallela ad essa, uniti in un unico blocco dove siedono quattro o cinque ragazzi uno a fianco all’altro, ciascuno silenziosamente intento al proprio compito. L’insegnante ci rivolge un saluto discreto e franco e subito torna a dedicare la sua attenzione, anche lei in silenzio, al lavoro dei suoi studenti. L’ingresso di alcuni visitatori fuori dell’ordinario sembra disturbare appena la concentrazione di questa classe. È la mattina di un giorno di festa, le scuole sono chiuse anche qui per le festività invernali di qualche giorno. Ma queste ragazze e questi ragazzi sono in piedi da tempo, nel collegio privato dove ricevono alcune ore di insegnamento supplementare, con insegnanti che possono spiegare loro gli argomenti di studio. Con impegno, copiano tabelle o quesiti da un fascicolo ciclostilato che fa da libro di testo, scrivono in una grafia limpida e un po’ artificiale le risposte richieste. Il soggetto della lezione lo leggo sul frontespizio del fascicolo, un titolo sobrio su una copertina monocolore: Modern Physics.