Il principio dell'incertezza

Werner Heisenberg considerò i limiti di quanto accuratamente si possano misurare le proprietà di un elettrone o di altre particelle microscopiche. Ha determinato che c’è un limite fondamentale a quanto accuratamente si può misurare sia la posizione di una particella che il suo momento contemporaneamente. Più accurata è la misurazione del momento di una particella, meno accurata è la posizione in quel momento e viceversa. Questo è ciò che ora viene chiamato principio di indeterminazione di Heisenberg. Egli ha matematicamente collegato l’incertezza nella posizione e l’incertezza nello slancio alla quantità che coinvolge la costante di Planck.

Questa equazione calcola il limite a quanto precisamente si può conoscere sia la posizione simultanea di un oggetto che il suo momento.

Quindi, più accurata è la posizione dell’elettrone, meno accurata è la sua velocità e viceversa. Ad esempio, si può prevedere dove una palla da baseball atterrerebbe nel campo esterno notando la sua posizione e velocità iniziali e considerando l’effetto della gravità e del vento, ecc. La traiettoria del baseball può essere stimata.

Per un elettrone, tuttavia, la posizione e la velocità non possono essere determinate simultaneamente. Pertanto, una traiettoria per l’elettrone di un atomo non può essere determinata. Questo comportamento è indeterminato. Invece della posizione precisa di un elettrone, si può parlare in termini di probabilità di trovare un elettrone in una certa regione dell’atomo, che è una densità di probabilità. Può essere indicato come quadrato psi(ψ²). Maggiore è la probabilità di trovare un elettrone in una particolare regione, maggiore è il valore del quadrato psi. Sulla base di questo, gli atomi sono descritti come costituiti da un nucleo circondato da una nube di elettroni.

Il principio di Heisenberg impone limiti finali a ciò che è conoscibile nella scienza. Il principio di incertezza può essere dimostrato come una conseguenza della dualità onda-particella, che è al centro di ciò che distingue la moderna teoria quantistica dalla meccanica classica.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 6.3: Development of Quantum Theory.