La meccanica quantistica spiegata a Oliver. Gita al lago: onde che si sovrappongono

(Leggi la prima e la seconda passeggiata)

Siamo finalmente arrivati al lago, con buona pace delle marmotte che Oliver ha inseguito su e giù per il crinale nell'ultima mezz'ora. Stanco di farsi prendere in giro da bestie decisamente più rapide e organizzate di lui, ha deciso di passare all'altra sua occupazione preferita. Con le zampe a bagno nel lago (la temperatura dell'acqua deve essere prossima allo zero; da anni mi chiedo se abbia o meno delle terminazioni nervose nelle zampe: deve averle perse nella neve tempo fa) attende impaziente (nel senso che abbaia molto insistentemente) che gli lanci dei sassi nell'acqua. Il divertimento è egualmente ripartito tra il tentare di prenderli al volo con i denti, generalmente ferendosi e scheggiandosi i canini, e il ripescarli dal fondo del laghetto con brevi ma intense sessioni di apnea, dopo svariati tentativi falliti di recupero con le zampe. Oliver è un cane con gusti semplici.

Mentre siamo li, io che lancio e lui che scava sott'acqua, penso che è il momento di tediarlo un po' con la storia delle onde e dell'interferenza. In fondo, in questa follia di spiegargli la meccanica quantistica mi ci ha tirato lui, che fatichi un po'! È un attimo: invece di lanciare un solo sasso lo sorprendo con una mossa di rara complicazione, ne lascio due contemporaneamente. Vi lascio immaginare il balletto di indecisione: posso leggere "quale delle due afferro? Quale delle due afferro?" negli occhi di Oliver che seguono le due parabole, fino agli inevitabili "pluf!" finali: un simile dilemma paralizzerebbe il filosofo più scafato, umano o meno.

"Sei matto?" mi abbaia Oliver "Come pensi possa prendere al volo due sassi contemporaneamente? Non sono mica un cane da circo!". Non volevo mica che li prendessi, volevo solo attirare la tua attenzione alle onde che i due sassi hanno formato sulla superficie dell'acqua: le hai notate? Sai che cosa è un onda, vero? Oliver mi guarda risentito: "Certo che so che cosa è un'onda! Un'onda è una perturbazione di qualcosa - in questo caso del livello superficiale dell'acqua del lago dentro al quale sto aspettando che mi lanci i sassi. Ah! Cosa credi? Sono un cane colto!". E allora saprai di cosa parlo se nomino l'interferenza tra onde... (il vuoto si forma tra gli occhi di Oliver). Guarda la superficie dell'acqua:

(Photo credits: Photobucket)

I sassi che ho lanciato hanno generato delle onde circolari. Osserva i punti in cui le creste e le valli delle due onde si incontrano: che cosa noti? Ci sono punti in cui le due onde si incontrano al massimo di entrambe, fondendosi in una cresta ancora più altra; altri in cui la cresta di un'onda incontra la valle dell'altra, e i due livelli si compensano lasciando la superficie dell'acqua all'altezza iniziale; altri ancora in cui le onde si incontrano al minimo, fondendosi in una valle profonda il doppio. Il tutto dà origine a una modulazione della superficie dell'acqua diversa da quella che vedi quando lancio un sasso solo. Questo effetto di combinazione delle onde si chiama interferenza (costruttiva o distruttiva). Te lo mostro con uno schemino forse un dito più chiaro; i cerchi rossi e verdi mostrano le creste delle onde che verrebbero generate dai due sassi lanciati da soli, mentre le zone chiare (e scure) ti fanno vedere come le creste (e le valli) si combinano in una struttura più complessa data dall'interferenza delle due onde:

(Photo credits: Wikipedia)

"Ho capito, ho capito!" continua ad abbaiare Oliver "ma mi sfugge il perché di questa manfrina noiosa - e ovviamente il perché tu perda tempo e non mi lanci altri sassi!". Caro quadrupede supponente, sono certo che ti ricordi la nostra discussione a proposito della luce, e che la luce é un'onda ma a volte si comporta da particella, e anche dell'ipotesi che i componenti della materia - che sono particelle - possano a volte comportarsi come delle onde. L'interferenza è un ottimo sistema per verificare la natura ondulatoria di qualcosa: possiamo farlo con la luce, e possiamo soprattutto tentare di farlo con la materia, per provare a capire cosa significa che una particella si comporta come un'onda. Ma ovviamente non qui in riva al lago! Per la luce ci servirebbero un puntatore laser, una stanza scura e uno schermo con due fenditure molto piccole (e magari proviamo a farlo a casa un giorno di questi); per le particelle ci servirebbe un laboratorio vero e proprio, per sparare degli elettroni contro un paio di fenditure (e mi sa dunque che ti racconterò solo il risultato).

"D'accordo, vada per l'esperimento semplice a casa, e il racconto di quello difficile. E adesso - visto che non sento più le zampe - che ne dici se esco dal lago, tu tiri fuori il salame dallo zaino, e facciamo un esperimento di fenditura e condivisione dell'insaccato?".

Continua (alla prossima passeggiata).