Nei mesi di ottobre e novembre 2019 l’Istituto Lombardo Accademia di Scienze e di Lettere, che ha sede a Milano in via Borgonuovo, con il patrocinio dell’Università degli Studi di Cagliari ha proposto il corso di aggiornamento Introduzione alla meccanica quantistica. Dai fondamenti alle nanotecnologie, tenuto da Luciano Colombo, Professore Ordinario di Fisica della materia presso l’Università degli Studi di Cagliari.
L’argomento in questione, che ha portato a così grandi cambiamenti nel modo di pensare dei fisici e nel modo di pensare la fisica, e che ha avuto bisogno di un linguaggio matematico di livello elevato per la trattazione teorica, ha attratto circa sessanta docenti, laureati in fisica o in matematica.
Penso, da matematica quale sono, che un’occasione come questa sia stata un prezioso aiuto e un necessario confronto con un docente, il professor Colombo, che non solo lavora su questi temi, da anni, quotidianamente, ma che ha anche una sensibilità didattica tale da curarne attentamente la trasmissione agli studenti. Tutto questo è ancor più urgente in un momento in cui gli studenti del liceo scientifico devono affrontare problemi e quesiti di fisica nella seconda prova dell’esame di stato.
Il primo modulo del corso aveva come titolo La «crisi» della fisica classica e la nascita della fisica dei quanti ed era così articolato:
Struttura della materia.
Come sono fatti i costituenti elementari?
Natura quantica delle leggi fisiche.
Natura duale dei fenomeni fisici.
Innanzitutto, noi docenti siamo stati messi in discussione riguardo alle scelte che operiamo relativamente agli argomenti da trattare e alla profondità con cui affrontarli. Poiché, inevitabilmente, a mio parere, non si può studiare tutto, o perlomeno, non tutto con la stessa profondità, urge la domanda: quali scelte operare perché il percorso risulti organico e in esso appaiano chiari i nessi e le domande fondamentali per lo sviluppo del pensiero nell’ambito della fisica? Il percorso storico di questa prima parte è stato particolarmente esemplificativo in tal senso. Altro aspetto di primo piano, perché metodologicamente importante, è stato quello della rilevanza dei risultati sperimentali, della difficoltà della loro lettura all’interno delle teorie note e quindi della necessità di ampliare l’orizzonte del proprio modo di pensare e di scoprire, ancora una volta e forse ora in modo ancor più sorprendente, quanto la teoria adatta «funzioni bene» e sia altamente predittiva.
Il secondo modulo, dal titolo La struttura formale della meccanica quantistica era così articolato:
La funzione d’onda.
Gli operatori quantistici.
Evoluzione temporale.
Sistemi di particelle identiche.
Teoria delle perturbazioni.
Questa seconda parte è stata, per me, la più difficile da seguire perché il «formalismo quantistico» richiede di saper operare con una matematica avanzata. Sicuramente però vi sono state occasioni per riflessioni di carattere didattico: più volte, durante queste lezioni, mi è venuta alla mente la frase di Wigner «Il miracolo dell’appropriatezza del linguaggio della matematica per la formulazione delle leggi della fisica è un dono meraviglioso che noi non comprendiamo né forse meritiamo» [Eugene P. Wigner L’irragionevole efficacia della matematica nelle scienze naturali]. Una affermazione che, ancora una volta, ci porta a riflettere sull’efficacia, quasi inattesa, del metodo scientifico che usa la matematica come lingua esplicativa e ci ricorda che il sempre presente rischio di cadere in un formalismo privo di significato porta poi a quegli errori di cui quotidianamente ci lamentiamo.
Durante il ciclo di lezioni si è via via reso sempre più evidente un quadro concettuale radicalmente diverso da quello della meccanica classica ma non per questo in contrasto con essa.
Negli ultimi due moduli il professor Colombo ha trattato i seguenti argomenti: Atomi, molecole e cristalli: un affascinante laboratorio di meccanica quantistica e La meccanica quantistica al lavoro: le nanotecnologie per la scienza dell’informazione. Già dai titoli appare chiaro che in queste ultime lezioni si è reso ancor più evidente il legame della fisica quantistica e delle sue leggi con la chimica e come ciò, grazie a tecnologie sempre più avanzate, consenta la creazione di quella tecnologia di cui oggi tutti facciamo quotidianamente uso senza la consapevolezza della complessità degli studi che hanno portato a tali applicazioni: anche questo penso sia un interessante spunto di riflessione.
Un percorso culturale importante per la messa in primo piano delle tappe fondamentali che hanno portato alla nascita e allo sviluppo di questo capitolo della fisica, per l’impostazione, sempre scrupolosamente attenta al metodo, e per l’evidente positiva correlazione tra l’efficacia della comunicazione e la preparazione e passione di chi comunica.
Antonella Campaner
(Docente di Matematica e Fisica al Liceo Scientifico “Albert Einstein” di Milano)