Questo 25 novembre ricorre il centenario della presentazione della tesi di dottorato di Louis de Broglie, che gli valse il premio Nobel per “la sua scoperta della natura ondulatoria degli elettroni”. Questo lavoro ha avuto un impatto duraturo sulla fisica e costituisce uno dei contributi pionieristici alla fisica quantistica.
Un importante sviluppo di questo lavoro portò al cosiddetto modello dell'”onda pilota”, che costituisce un’alternativa alla formulazione standard della meccanica quantistica, e la cui influenza persiste ancora oggi… ma che Louis de Broglie rapidamente rinnegò. Per quali ragioni?
Difficoltà di interpretazione della meccanica quantistica
La teoria della meccanica quantistica descrive il comportamento della materia su piccola scala, ad esempio quella degli atomi o degli elettroni. La sua scoperta risale all’inizio del XX secolo.e secolo, ma molte questioni restano dibattute anche oggi. Questa situazione è dovuta, in gran parte, alle caratteristiche confuse della teoria.
Ad esempio, gli oggetti quantistici sembrano comportarsi a volte come particelle, a volte come onde. L’interpretazione di Copenaghen, sviluppata all’inizio del XXe secolo, conclude che il mondo quantistico non può essere analizzato secondo concetti classici. Questa lettura della meccanica quantistica incontrò obiezioni significative, e una rappresentazione causale e meccanica del mondo quantistico rimase ricercata da un’intera sezione della comunità di ricerca (incluso Albert Einstein).
Louis de Broglie, fisico francese, condivideva questa ambizione e propose la sua “teoria dell’onda pilota” nel 1927. Secondo questo modello, la materia è composta da particelle, il cui movimento è guidato da un’“onda quantistica”. Questa teoria spiegherebbe quindi le ragioni del comportamento ondulatorio delle particelle.
Tuttavia, alcuni anni dopo questa scoperta, abbandonò la sua teoria. Perché questo cambiamento di opinione da parte dello stesso Louis de Broglie, e quale fu l’impatto del suo lavoro sul resto della comunità scientifica?
La stranezza persiste
Le cause della rinuncia alla teoria dell’onda pilota sono molteplici. Tuttavia, due caratteristiche del modello lo rendevano particolarmente sospetto. Da un lato, suggerisce che il movimento di una particella può dipendere da quello di un’altra, anche se la loro distanza, secondo la relatività di Einstein, dovrebbe vietare qualsiasi interazione.
D’altra parte l’onda pilota non ha un significato fisico chiaro. A differenza delle onde convenzionali, come le onde oceaniche o le onde elettromagnetiche, non è un’onda che si evolve nel nostro spazio fisico tridimensionale. Si tratta piuttosto di un’onda che si sviluppa in uno spazio matematico astratto con un gran numero di dimensioni, rendendone difficile l’interpretazione.
Questi aspetti della sua onda pilota disturbarono molto Louis de Broglie, che abbandonò esplicitamente la sua teoria nei suoi scritti successivi. La sua ambizione più profonda era quella di sviluppare un approccio leggermente diverso, chiamato “teoria della doppia soluzione”.
Questo modello alternativo avrebbe avuto il vantaggio di essere molto più intuitivo e più facile da comprendere. Il suo oggetto principale sarebbe stato un’onda meno astratta, che si sarebbe svolta nello spazio familiare alla nostra percezione.
Tuttavia, la complessità matematica di questo approccio era considerevole. Louis de Broglie ci lavorò fino alla fine della sua vita, nonostante la scarsa accoglienza del progetto tra i suoi colleghi fisici. Infatti, nonostante i difetti evidenziati da de Broglie, è proprio la teoria dell’onda pilota ad attirare l’attenzione della stragrande maggioranza dei ricercatori, portando al progressivo oblio del suo programma di ricerca sulla soluzione della doppia teoria.
Riscoperta della teoria
Nonostante tutto, il lavoro di Louis de Broglie influenzò profondamente la comunità scientifica.
Così, il fisico americano David Bohm, che diede importanti contributi alla fisica quantistica, riscoprì in modo indipendente la teoria dell’onda pilota nel 1952. Invece di rifiutare il modello a causa della sua stranezza, la sfida consisteva nel dargli un significato. Le domande riguardanti il contenuto e il significato esatto della teoria sono ancora dibattute oggi.
D’altra parte, la teoria della doppia soluzione di Louis de Broglie non fu del tutto abbandonata. Alcuni fisici contemporanei stanno ancora lavorando alla sua formulazione. Può darsi che un giorno questo approccio possa aiutarci a comprendere meglio il nostro mondo su piccola scala, con un impatto ridotto sulle nostre intuizioni classiche.
Questo articolo ha beneficiato del dialogo con Aurélien Drezet, dell’Istituto Néel di Grenoble, che l’autore desidera ringraziare.
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