La meccanica quantistica nasce con la teoria dei quanti di Planck, dalle conferme di Einstein e dagli studi di de Broglie. Studi successivi hanno dimostrato l’esistenza di altri tipi di quanti, fra cui il gravitone.
La concezione ondulatoria della materia di de Broglie portò un paio d’anni dopo il fisico austriaco Schrödinger a formulare l’equazione d’onda per descrivere le proprietà ondulatorie di una particella. L’equazione di Schrödinger determina l’evoluzione temporale dello stato di un sistema (una particella, un atomo o una molecola); è un’equazione differenziale alle derivate parziali, lineare, complessa e non relativistica che ha come incognita la funzione d’onda della particella.
Nell’equazione di Schrödinger compaiono i numeri quantici, cioè parametri il cui valore dipende da grandezze caratteristiche del sistema, come per esempio l’energia o il momento angolare. L’equazione per l’atomo di idrogeno diede risultati in sostanziale accordo con quelli di Bohr e venne risolta con successo anche per l’atomo di elio.
Parallelamente Heisenberg propose un nuovo metodo di analisi basato sul calcolo delle matrici, fornendo gli stessi risultati, ma permettendo una descrizione più completa di alcuni fenomeni.
Secondo la meccanica quantistica il nucleo è circondato da onde stazionarie, ciascuna rappresentante un’orbita di un elettrone. Il modulo al quadrato dell’ampiezza dell’onda in ogni punto e a un certo istante fornisce la probabilità di trovare l’elettrone in quel punto e in quell’istante.
Grazie alla meccanica quantistica, sono stati risolti moltissimi “enigmi” della fisica dell’inizio del XX sec.: la struttura dell’atomo, la natura dei legami chimici, la fisica dello stato solido, la superconduttività, la fisica nucleare e la fisica delle particelle elementari sono esempi dei successi della meccanica quantistica.
Negli anni ’30 l’applicazione della meccanica quantistica e della relatività speciale alla teoria dell’elettrone permise al fisico britannico Dirac di formulare un’equazione in cui comparisse anche la variabile di spin dell’elettrone; l’equazione di Dirac prevedeva su base teorica l’esistenza del positrone (antiparticella dell’elettrone dotata di carica positiva), poi provata sperimentalmente.
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