Cento anni di meccanica quantistica: le persone che hanno cambiato il mondo

In questa fotografia in bianco e nero scattata all'inizio del XX secolo, decine di scienziati in eleganti abiti sono seduti di fronte a un antico edificio in stile gotico.

Non si trattava di un incontro ordinario: era una delle conferenze scientifiche più importanti della storia dell'umanità, che riuniva le menti più brillanti della fisica del XX secolo.

Tra quelle figure dall'aspetto serio c'erano Albert Einstein con i suoi caratteristici capelli argentati, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Max Planck e molti altri scienziati, coloro che insieme elaborarono una delle teorie scientifiche più rivoluzionarie: la meccanica quantistica.

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La Conferenza Solvay del 1927 riunì i principali scienziati del mondo dell'epoca (Foto: Wiki).

Quest'anno ricorre il centenario della nascita ufficiale della meccanica quantistica. Le Nazioni Unite hanno designato il 2025 come Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica, per celebrare un secolo di questa rivoluzione scientifica e per continuare a esplorarne il potenziale nel secolo a venire.

Questa è anche un'opportunità per ripercorrere lo straordinario percorso di una teoria che ha completamente cambiato il modo in cui gli esseri umani comprendono l'universo e ha trovato applicazioni nella vita di oggi.

Le origini di una rivoluzione

Nell'estate del 1925, Werner Heisenberg, un giovane fisico tedesco, si recò sull'isola di Helgoland, nel Mare del Nord, per sfuggire a una grave allergia al polline di cui soffriva.

Fu in questo luogo isolato che concepì l'idea di scrivere un articolo rivoluzionario "sulla reinterpretazione delle relazioni cinematiche e meccaniche nella teoria quantistica". Tuttavia, non avrebbe potuto prevedere che, dopo la sua pubblicazione, l'articolo avrebbe inaugurato una nuova era nella fisica.

In precedenza, gli scienziati si erano resi conto che la fisica classica newtoniana non era in grado di spiegare molti fenomeni a livello atomico.

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Il brillante fisico Albert Einstein ha contribuito allo sviluppo della fisica, in particolare della meccanica quantistica (Foto: PBS).

Max Planck scoprì che l'energia viene assorbita ed emessa in "pacchetti" separati chiamati quanti. Einstein usò questa idea per spiegare l'effetto fotoelettrico. Ma furono Heisenberg e i suoi colleghi a costruire un sistema teorico completo per una nuova branca della fisica: la meccanica quantistica.

La particolarità della meccanica quantistica è che non si tratta semplicemente di una nuova teoria che ne sostituisce una vecchia. Richiede che abbandoniamo le nostre concezioni intuitive della realtà.

Nel mondo quantistico, le particelle possono esistere simultaneamente in più stati (fenomeno noto come sovrapposizione quantistica), possono influenzarsi reciprocamente istantaneamente anche a milioni di chilometri di distanza (entanglement quantistico) e non possiamo conoscere con precisione sia la posizione che la quantità di moto di una particella nello stesso istante (secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg).

Dalla teoria all'applicazione pratica

Molti pensano che la meccanica quantistica sia solo un insieme di complesse formule matematiche da studiare in laboratorio. In realtà, ha permeato ogni aspetto della vita moderna.

La maggior parte dei dispositivi elettronici che utilizziamo quotidianamente funziona secondo principi quantistici. Lo smartphone che avete in tasca contiene miliardi di transistor, dispositivi inventati sulla base della comprensione della meccanica quantistica dei semiconduttori.

Senza la meccanica quantistica non avremmo computer, internet, GPS... o il laser, un'altra importante invenzione basata sui principi quantistici, ampiamente utilizzata dai lettori di codici a barre nei supermercati, ai lettori CD/DVD, fino alla chirurgia oculistica e alla trasmissione dati tramite cavi in fibra ottica...

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Le macchine per la risonanza magnetica (MRI) funzionano secondo il principio della risonanza magnetica nucleare, un fenomeno quantistico (Foto: ST).

Anche la medicina moderna ha tratto grande beneficio dalla meccanica quantistica. Le macchine per la risonanza magnetica (MRI) funzionano secondo il principio della risonanza magnetica nucleare, un fenomeno quantistico.

Anche i trattamenti di radioterapia per il cancro si basano sulla comprensione della fisica quantistica dei nuclei atomici.

Anche campi apparentemente astratti come la cosmologia si basano sulla meccanica quantistica. Sappiamo perché le stelle brillano, come creano elementi pesanti e come alla fine muoiono, tutto grazie alla meccanica quantistica.

Spiega perché la materia solida non collassa, perché i metalli conducono l'elettricità e innumerevoli altri fenomeni naturali.

Le "figure nascoste" della storia

Quando ripercorriamo la storia della fisica quantistica, spesso riconosciamo solo nomi famosi come Einstein, Heisenberg o Schrödinger. Ma la storia dello sviluppo di questo campo include anche molte altre figure dimenticate, soprattutto donne.

Lucy Mensing fu una di queste donne. Lavorò nello stesso gruppo di Heisenberg e calcolò alcune delle prime applicazioni della sua teoria della meccanica quantistica.

Inoltre, ci sono molte altre scienziate che hanno dato contributi significativi ma non hanno ricevuto il riconoscimento che meritano nella storia. Nel 2025 verrà pubblicato un libro biografico su 16 scienziate nella storia della fisica quantistica, che contribuirà a far luce su questi contributi dimenticati.

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Computer quantistici ricercati e sviluppati dalla Cina (Foto: The Quantum Insider).

Questo ci ricorda che la scienza non è opera di geni solitari, ma uno sforzo collettivo di molte persone. Ogni scoperta si fonda su innumerevoli lavori di ricerca precedenti, e il successo della meccanica quantistica è il risultato di una collaborazione internazionale che trascende ogni barriera politica e culturale.

La seconda rivoluzione quantistica

Se il XX secolo ha visto la nascita e lo sviluppo della meccanica quantistica come teoria scientifica, il XXI secolo sta inaugurando l'era della "seconda rivoluzione quantistica".

Fu allora che gli esseri umani iniziarono a sfruttare direttamente le strane proprietà della meccanica quantistica per creare tecnologie completamente nuove.

I computer quantistici sono una delle tecnologie più attese. A differenza dei computer tradizionali che utilizzano bit, i quali possono trovarsi solo nello stato 0 o 1, i computer quantistici utilizzano qubit che possono essere in entrambi gli stati simultaneamente grazie al principio di "sovrapposizione quantistica".

Ciò consente ai computer quantistici di eseguire molti calcoli in parallelo, risolvendo potenzialmente in giorni o addirittura ore problemi che i computer tradizionali impiegherebbero milioni di anni a risolvere.

I computer quantistici promettono di rivoluzionare anche molti altri campi. In medicina, ad esempio, possono modellare con precisione strutture molecolari complesse, contribuendo a sviluppare nuovi farmaci in modo più rapido ed efficace.

Nel campo della scienza dei materiali, i computer quantistici possono progettare nuovi materiali con proprietà uniche. In finanza, possono ottimizzare i portafogli di investimento e analizzare il rischio a un livello senza precedenti.

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Il Giappone è uno dei paesi leader nella ricerca sulla tecnologia quantistica (Foto: DigWatch).

I sensori quantistici rappresentano un altro promettente campo di applicazione; sfruttando gli effetti quantistici, questi sensori sono estremamente sensibili e possono misurare anche le più piccole variazioni nei campi magnetici, nella gravità o nel tempo.

Possono essere utilizzati in medicina per la diagnosi precoce delle malattie, in geologia per l'esplorazione delle risorse o per il tracciamento preciso della posizione senza bisogno del GPS.

La comunicazione quantistica, in particolare la crittografia quantistica, offre un metodo assolutamente sicuro per trasmettere informazioni. Basandosi sui principi della meccanica quantistica, qualsiasi tentativo di intercettazione altererà lo stato quantistico e verrà rilevato immediatamente.

Diversi paesi hanno iniziato a costruire reti di comunicazione quantistica e, in futuro, un internet quantistico potrebbe diventare realtà.

Sfide e opportunità per il Vietnam

Nel contesto della seconda rivoluzione quantistica in corso, il Vietnam ha bisogno di una strategia per evitare di rimanere indietro. Investire nella ricerca e nella formazione nel campo della scienza quantistica è diventato essenziale.

Dobbiamo formare nuove generazioni di scienziati e ingegneri esperti in tecnologia quantistica e costruire le infrastrutture di ricerca adeguate.

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In Vietnam, molti esperti e scienziati stanno collaborando alla ricerca sulla tecnologia quantistica (Foto: President Club).

Anche la cooperazione internazionale è fondamentale. Come dimostra la storia, le scoperte scientifiche spesso derivano dalla collaborazione transfrontaliera. Il Vietnam deve partecipare attivamente ai progetti di ricerca internazionali sulla tecnologia quantistica, imparando dalle esperienze dei paesi più avanzati.

Allo stesso tempo, dobbiamo anche divulgare la conoscenza della meccanica quantistica al grande pubblico. Molti la considerano ancora un campo troppo complesso e distante, ma come abbiamo visto, influenza ogni aspetto della vita moderna.

Una conoscenza di base della meccanica quantistica aiuterà le persone a valutare l'importanza delle nuove tecnologie e a prendere decisioni consapevoli sul futuro.

Guardando al futuro

Riguardando le fotografie dei pionieri della fisica quantistica, non vediamo solo persone che hanno cambiato il modo in cui l'umanità comprende l'universo, ma anche lo spirito della scienza: la passione per la scoperta, la volontà di sfidare le vecchie convinzioni e una collaborazione che trascende ogni confine.

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Questo spirito rimane essenziale per raggiungere le vette della scienza nel XXI secolo.

Quest'anno non è solo un'occasione per celebrare i 100 anni della meccanica quantistica, ma anche un momento per guardare al futuro.

Con lo sviluppo della tecnologia quantistica, siamo sull'orlo di nuove possibilità senza precedenti. I computer quantistici potrebbero contribuire a risolvere le maggiori sfide dell'umanità, dai cambiamenti climatici allo sviluppo di cure per malattie incurabili.

I sensori quantistici potrebbero aprire nuove strade per esplorare l'universo e comprendere noi stessi. La comunicazione quantistica potrebbe creare un mondo connesso più sicuro e privato.

La meccanica quantistica ha dimostrato che la realtà è molto più complessa e meravigliosa di quanto immaginassimo. Pertanto, forse la lezione più importante di 100 anni di meccanica quantistica è: siate sempre pronti a essere sorpresi, siate sempre curiosi e non smettete mai di esplorare.

Fonte: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/100-nam-co-hoc-luong-tu-nhung-con-nguoi-thay-doi-the-gioi-20250626124351568.htm