Febbraio 1927: Il principio d'indeterminazione

Nel Febbraio del 1927 il giovane Werner Heisenberg enunciò un elemento chiave della teoria quantistica, il principio di indeterminazione. Questo principio ha profonde implicazioni teoriche. Prima, infatti, si pensava che conoscendo l'esatta posizione e il momento di una particella e tutte le forze agenti su essa si potesse, almeno in teoria, predire la sua posizione e il suo momento in ogni istante futuro. 

Heisenberg trovò che questo non è vero perché non è mai possibile, secondo il principio di indeterminazione che porta il suo nome, conoscere contemporaneamente con esattezza la posizione ed il momento di una particella.

La teoria quantistica nei primi anni '20 modellizzava l'atomo con gli elettroni ruotanti in  orbite fisse attorno al nucleo. Gli elettroni si potevano muovere verso orbite con più alta o più bassa energia assorbendo o emettendo un fotone della corrispondente lunghezza d'onda. Il modello funzionava bene per l'atomo di idrogeno ma falliva nel predire le proprietà degli atomi più grandi e delle molecole. Era evidente quindi che era necessaria una nuova teoria.

A partire dal 1925 Heisenberg lavorò a una teoria che potesse spiegare tutte le proprietà osservabili degli atomi, con l'aiuto e l'ispirazione di altri colleghi sviluppo un nuovo approccio alla meccanica quantistica. In parole povere prese quantità come la posizione e la velocità e trovo un nuovo modo di rappresentarle e manipolarle. Un ruolo importante in tale teoria è giocato dalle matrici.

Nello stesso periodo in cui Heisenberg sviluppava la sua teoria su base matriciale, Erwin Schrödinger formulava la sua basata sulle onde. Quest'ultima che Schrödinger’s provo essere matematicamente equivalente a quella di Heisenberg divenne più popolare fra i fisici che la trovarono più semplice da gestire. Ciononostante fu grazie all'approccio matriciale ed in particolare il fatto che nella matematica delle matrici non sempre a x b = b x a che portò naturalmente Heisenberg a formulare il principio di indeterminazione.

Per approfondire l'argomento:

“Heisenberg, l’indeterminazione e la rivoluzione quantistica” di D.C.Cassidy – Le Scienze 1992