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Dalla meccanica classica a quella quantistica: perché la meccanica classica non riesce a spiegare gli strani fenomeni del mondo microscopico?
Con il progresso della scienza e della tecnologia, la meccanica quantistica è gradualmente diventata la teoria principale per comprendere il mondo microscopico. Tuttavia, i principi della meccanica classica non riescono a spiegare completamente molti fenomeni microscopici. Ciò ci obbliga a riconsiderare la natura della materia e il modo in cui la osserviamo e la misuriamo.
Lo stato di un sistema quantistico è un'entità matematica che incarna la conoscenza del sistema e la cui costruzione, evoluzione e misurazione sono dettate dalla meccanica quantistica.
Limitazioni della meccanica classica
Nella meccanica classica, il movimento di un oggetto è solitamente definito dalla sua posizione e velocità. Attraverso dati e formule precise possiamo prevedere il comportamento degli oggetti. Ad esempio, quando spariamo una palla di cannone, se conosciamo l'angolo della canna e la velocità iniziale, possiamo calcolare la traiettoria di volo della palla di cannone. Tuttavia, quando questo calcolo viene applicato a particelle microscopiche, i risultati diventano inaffidabili.
L'avvento della meccanica quantistica ci ha fatto capire che le regole di funzionamento del mondo microscopico sono molto diverse da quelle del mondo macroscopico. Su scala microscopica, lo stato di una particella non è più determinato, ma è caratterizzato da una distribuzione di probabilità. Ciò significa che anche se conosciamo lo stato iniziale di una particella, non possiamo determinare il suo stato futuro, ma solo la sua probabilità.
Nella meccanica classica lo stato iniziale può essere chiaramente previsto, ma nella meccanica quantistica anche i valori determinati nel momento iniziale non possono fornire uno stato futuro chiaro.
La natura degli stati quantistici
Nella meccanica quantistica, gli stati quantistici sono il fulcro della descrizione dei sistemi. Si dividono in stati puri e stati misti, dove lo stato puro rappresenta uno stato definito e lo stato misto è una combinazione statistica di più stati. Questi stati quantistici sono complessi in natura, ma le regole in base alle quali operano sono chiare. Infatti, tutte le proprietà fisiche possono essere ottenute attraverso misurazioni di questi stati quantistici.
Singolarità della Misurazione
Il processo di misurazione è la parte più misteriosa della meccanica quantistica. Nella fisica classica, la misurazione non influenza lo stato di un sistema, ma nel mondo quantistico, effettuare una misurazione modifica lo stato del sistema. Ad esempio, la misurazione della posizione di una particella ne modificherà la quantità di moto, un fenomeno noto come principio di indeterminazione.
L'impatto della misurazione sui sistemi quantistici non può essere ignorato. Ogni misurazione avrà un certo impatto sul sistema e ne modificherà lo stato originale.
Enttanglement quantistico e non località
L'entanglement quantistico è uno strano fenomeno in cui gli stati di due sistemi quantistici dipendono l'uno dall'altro. Non importa quanto siano distanti, una volta misurato un sistema, si determina lo stato dell'altro sistema. Questa proprietà mette in discussione la nostra concezione tradizionale di località e indipendenza, sollevando molte questioni filosofiche e fisiche più profonde.
Pertanto, di fronte a questo meraviglioso fenomeno nel mondo microscopico, non possiamo fare a meno di chiederci: in questo universo quantistico pieno di incertezza, come si intrecciano conoscenza e realtà?
