Max Planck, il Messia della fisica quantistica

Se i fisici scrivessero la storia, ora saremmo nel secondo secolo della nostra era, precisamente nell’anno 116 di Planck, il fisico tedesco che cambiò la nostra visione del mondo quando pose la pietra miliare della teoria dei quanti nell’anno 1900 (dell’era cristiana).E incredibilmente, alcuni dei suoi professori gli avevano raccomandato di dedicarsi alla matematica, perché la fisica non aveva futuro.

Quando Max Planck (1858-1947) entrò all’università, sembrava che nel campo della fisica tutto fosse già stato scoperto. Alla fine del diciannovesimo secolo i fisici capivano molto bene il movimento, la materia, l’energia, il calore, l’elettromagnetismo e la luce quando venivano considerati separatamente, ma come si relazionavano tra loro era meno chiaro. Per esempio, i fisici avevano difficoltà a spiegare il modo in cui i corpi caldi irradiano energia.

Anche se il corpo umano emette radiazioni infrarosse, non è abbastanza caldo da emettere luce visibile; tuttavia, il Sole o un chiodo arroventato lo sono certamente. Se il chiodo viene riscaldato ancora di più, la sua luce sarà prevalentemente arancione, gialla, verde, blu e viola. Non c’era modo di adattare questa osservazione con nessuna formula costruita secondo le regole della fisica classica, e così, all’età di 42 anni, Planck decise di saltare queste regole e tirò fuori dalla sua manica un numero fisso contenente 34 zeri, che introdusse tra le incognite delle sue equazioni. All’inizio, usò questo piccolo numero solo perché gli permetteva di risolvere il problema, ma mesi dopo si rese conto del suo significato. Aveva scoperto che la radiazione non era un flusso costante di energia, ma piuttosto che l’energia viene irradiata e assorbita in piccole porzioni indivisibili, che lui chiamò quanti. Questo suonava ridicolo come se qualcuno premendo un tasto sulla tastiera di un organo sentisse un suono intermittente e frammentato

Planck era un buon musicista. I concerti che teneva nella sua casa di Berlino servivano come luogo di incontro pacifico per scienziati, teologi, filosofi e linguisti impegnati. Rovesciare questo mondo intellettuale era la cosa più lontana dalla sua mente; infatti, Planck fu il primo a diffidare della sua teoria quantistica e cercò in tutti i modi di liberarsi di quel minuscolo numero (e delle sue rivoluzionarie implicazioni), che oggi chiamiamo costante di Planck. Ma non ci riuscì e la sua teoria cambiò per sempre la fisica, per la quale ricevette il premio Nobel nel 1918. Non riuscì nemmeno a impedire che i nazisti, saliti al potere negli anni ’30, controllassero e usassero per i loro interessi bellicosi la Società Tedesca delle Scienze, un’organizzazione presieduta da Planck. Perciò si dimise. Sopportò di vivere in Germania fino alla fine della seconda guerra mondiale, nonostante la perdita di tutti i suoi appunti scientifici in un bombardamento e l’esecuzione del figlio, accusato di aver complottato per assassinare Hitler.

Nonostante qualche resistenza iniziale, prima Einstein e poi molti altri scienziati adottarono le idee quantistiche di Planck per spiegare che le onde luminose a volte si comportano come un flusso di particelle, e che gli elettroni che girano intorno agli atomi sono contemporaneamente particelle e onde; o per scoprire che ci sono più modi per produrre luce che bruciando qualcosa o riscaldando un metallo. I benefici furono enormi: tubi fluorescenti, laser, elettronica…

Grazie a Planck e alla sua teoria dei quanti, la fisica poteva ora essere applicata all’infinitamente piccolo, ma in cambio diventava qualcosa al di là della nostra immaginazione; un elettrone occupa tutti i punti della sua orbita simultaneamente, può saltare a un’altra orbita senza passare per nessun punto intermedio e il suo percorso è imprevedibile, a differenza di quello di un oggetto in movimento, come un proiettile. Almeno la fisica classica ha continuato ad essere utile per le cose che possiamo vedere con i nostri occhi. Come Niels Bohr, il primo ad usare la teoria quantistica per descrivere l’atomo, disse notoriamente: “Se niente di tutto questo vi sembra scioccante, allora non l’avete capito.

Di Francisco Doménech per Ventana al Conocimiento

@fucolin