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"Possibile, ma non probabile. La visione probabilistica della meccanica quantistica"

lunedì 28 novembre 2022

"Possibile, ma non probabile. La visione probabilistica della meccanica quantistica" è il titolo della nuova conferenza promossa dall'Istituto Storico Artistico Orvietano in programma per venerdì 2 dicembre alle 17.30 al Museo Greco che sarà tenuta da Danilo Giulietti, docente presso il Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Pisa. 

Quante volte capita di domandarsi: oggi pioverà? Certo, questo è un evento possibile, ma la sua probabilità di verificarsi dipende da svariati fattori, fra i quali la presenza o meno di nuvole, la direzione e l’intensità del vento, ecc.. Possiamo dire che, in generale, è difficile valutare la probabilità del verificarsi di un evento quando questo dipende da molti fattori.

In alcuni casi è più semplice valutare la probabilità di un evento. Ad esempio se consideriamo il lancio di una moneta è intuitivo che la probabilità che esca testa è il 50%.  In effetti, se ripetiamo molte volte il lancio, constatiamo che il numero di volte che è uscito testa è circa uguale a quello che è uscito croce. Un altro esempio nel quotidiano: eventi possibili, che hanno una certa probabilità di verificarsi possono essere tutte le situazioni di alcuni giochi o lotterie, come tombola, lotto o roulette.

Esempio classico di evento di cui non è possibile valutare la probabilità è quello relativo al meteorite che cade sulla Terra producendo effetti devastanti come quello che ha determinato l'estinzione dei dinosauri.

Prendiamo ora in considerazione il cosiddetto Moto Browniano. Quando in una stanza buia e polverosa entra da una finestra socchiusa un raggio di sole, capita di vedere del pulviscolo le cui particelle si muovono freneticamente in tutte le direzioni, con moto imprevedibile che le porta talvolta anche verso l'alto, quasi ignorando la forza di gravità, come se levitassero.

È il Moto Browniano spiegato nel 1905 da Einstein, e riconducibile al bombardamento prodotto dalle molecole d'aria sulle particelle stesse. L'effetto si manifesta chiaramente su particelle che hanno dimensioni inferiori al micrometro (un millesimo di millimetro, µm), mentre praticamente scompare quando le dimensioni diventano già di soli 5µm.

L'effetto è dovuto alle fluttuazioni della densità di molecole dell'aria su piccola scala: nel caso di una particella delle dimensioni di 0.5 µm il numero delle molecole di azoto e ossigeno che mediamente la colpiscono è dell'ordine di qualche centinaio, e queste molecole la spingono verso l'alto facendola in un certo senso levitare.

Questo effetto scompare quando le particelle diventano un poco più grandi, in quanto, aumentando il numero delle molecole che la possono colpire da tutte le direzioni, le fluttuazioni diventano percentualmente irrilevanti. Possiamo quindi dire che la levitazione di particelle sub-micrometriche in aria è un evento possibile e probabile, mentre quella di un asino, pur essendo possibile, è altamente improbabile. Gli asini non volano! Solo qualche santo, come Giuseppe da Copertino che appare nella locandina dell’evento e Alfonso de’ Liguori volava!

Un altro argomento apparentemente paradossale che sarà oggetto di spiegazione da parte del professor Giulietti: l’effetto tunnel quantistico, che consiste nel fatto che una particella quantistica, in determinate condizioni, riesce a superare una barriera sebbene non dovrebbe avere l’energia sufficiente per farlo. È come se si spingesse una palla su per una collina, e pur non avendo impresso alla palla una spinta sufficiente, questa riuscisse a trovare un modo per scavare appunto un tunnel da una parte all’altra dell’altura. E questo accade all’interno delle stelle, dove è proprio l’effetto tunnel a innescare le reazioni nucleari.