All’inizio del Novecento la fisica classica sembrava aver risolto tutti i misteri dell’universo. Le leggi di Newton e Maxwell descrivevano il moto dei pianeti e il comportamento della luce con tale precisione da far credere che la scienza fosse ormai giunta a un sapere definitivo. Poi, in un laboratorio di Berlino, un professore tedesco di nome Max Planck mise in discussione tutto.

Fu un cambiamento silenzioso, ma radicale: nacque la teoria dei quanti, la più profonda rivoluzione del pensiero scientifico dopo Galileo.

L’intuizione di Max Planck

Nel 1900, studiando la radiazione emessa da un corpo nero — un oggetto ideale che assorbe e riemette tutta l’energia luminosa ricevuta — Planck si trovò di fronte a un problema insolubile con la fisica classica. I calcoli prevedevano che un corpo incandescente avrebbe dovuto emettere energia infinita alle alte frequenze: un paradosso noto come “catastrofe ultravioletta”.

Per risolverlo, Planck ipotizzò che l’energia non fluisse in modo continuo, ma venisse emessa a piccoli pacchetti, o “quanti”, proporzionali alla frequenza della radiazione. Ogni quanto corrispondeva a un multiplo di una costante — la costante di Planck (h) — che avrebbe assunto un valore universale.

L’idea, all’inizio, era una pura astrazione matematica. Ma bastò a salvare i conti e a inaugurare una nuova visione della natura: un mondo in cui l’energia, la materia e perfino il tempo non scorrono più in modo continuo, ma a scatti discreti.

Planck ricevette il Premio Nobel per la Fisica nel 1918, e la sua scoperta diventò la base della meccanica quantistica, la teoria che avrebbe trasformato per sempre il nostro modo di concepire la realtà fisica.

Einstein, Bohr e la nuova visione dell’universo

Sulle orme di Planck, nel 1905 Albert Einstein spiegò l’effetto fotoelettrico — il fenomeno per cui la luce può strappare elettroni da un metallo — proprio grazie ai quanti di energia. L’ipotesi che la luce fosse composta da particelle, poi chiamate fotoni, sembrava un’eresia rispetto alla visione ondulatoria di Maxwell. Eppure, sperimentazioni successive la confermarono pienamente.

Negli anni Venti, altri scienziati portarono la teoria a maturazione. Niels Bohr introdusse il modello atomico quantizzato: gli elettroni possono orbitare intorno al nucleo solo su livelli energetici precisi, saltando da un’orbita all’altra con l’assorbimento o l’emissione di un quanto. Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e Paul Dirac ne definirono poi la struttura matematica, aprendo una nuova frontiera della fisica: la meccanica ondulatoria.

A quel punto, il concetto stesso di realtà divenne più sfumato. Nella fisica classica un oggetto possiede sempre una posizione e una velocità determinata; nel mondo quantistico, invece, è possibile solo prevedere la probabilità che esso si trovi in un certo stato. Come affermava Heisenberg nel suo celebre principio di indeterminazione, “l’osservatore modifica ciò che osserva”.

Una rivoluzione anche culturale

La teoria dei quanti non trasformò soltanto la scienza, ma l’immaginario stesso del Novecento.
L’idea che la natura non fosse continua e prevedibile, ma basata su probabilità e discontinuità, trovò echi nella filosofia, nella letteratura e perfino nelle arti visive. Pittori e poeti modernisti videro nel mondo subatomico un simbolo della frantumazione della realtà contemporanea.

Eppure, nonostante la sua apparente astrattezza, la meccanica quantistica è diventata il fondamento di moltissime tecnologie del XX e XXI secolo: dai transistor all’energia nucleare, dai laser ai computer quantistici oggi in sviluppo.

Dalla discontinuità alla modernità

Planck, uomo riservato e riflessivo, non cercò di distruggere la tradizione: voleva solo comprendere meglio le leggi della natura. Ma la sua scoperta finì per demolire il principio di continuità che aveva retto la scienza per tre secoli, aprendo la strada a un universo dove le certezze si dissolvono in probabilità.

Con Einstein e Bohr, la fisica divenne una nuova filosofia della conoscenza. L’universo cessò di essere una macchina perfetta e divenne un sistema dinamico, fatto di energia, probabilità e mistero.
Un secolo dopo, la costante di Planck rimane una delle grandezze fondamentali della fisica moderna — e il punto di partenza di quella rivoluzione invisibile che ci ha insegnato a pensare l’infinitamente piccolo come la chiave per comprendere l’infinitamente grande.

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Dalla teoria alla pratica: la fisica quantistica nella vita quotidiana

Ciò che nacque come una speculazione teorica agli inizi del Novecento è oggi la base del nostro mondo tecnologico. Senza la meccanica quantistica, non esisterebbero i dispositivi che scandiscono la nostra vita quotidiana.

Ogni volta che accendiamo un computer, uno smartphone o una televisione, entriamo nel regno dei transistor, minuscoli interruttori elettronici progettati secondo i principi quantistici dei semiconduttori. La capacità di controllare il comportamento degli elettroni all’interno di materiali come il silicio ha reso possibile la rivoluzione informatica e l’esplosione dell’elettronica di consumo.

Allo stesso modo, i laser, oggi presenti ovunque — dai lettori ottici ai bisturi chirurgici, dalle stampanti alle comunicazioni in fibra ottica — funzionano grazie al principio della emissione stimolata di fotoni, formulato da Einstein nel 1917, un’applicazione diretta della teoria dei quanti.

Le stesse basi concettuali regolano i microchip, i GPS, le risonanze magnetiche e perfino gli orologi atomici, strumenti di una precisione tale da permettere la sincronizzazione dei satelliti e delle reti di telecomunicazione globali.

Ma la vera frontiera è ancora più ambiziosa: i computer quantistici. Invece di usare i bit classici, basati su stati 0 e 1, impiegano qubit, che possono trovarsi in una sovrapposizione di stati. Questa proprietà, insieme all’entanglement (la correlazione istantanea tra particelle lontane), promette di moltiplicare la potenza di calcolo in modo esponenziale. I giganti della tecnologia e i centri di ricerca internazionali stanno investendo miliardi in questa corsa, convinti che il futuro dell’intelligenza artificiale, della crittografia e della simulazione dei materiali passi da lì.

In un secolo, la teoria dei quanti è passata dal laboratorio di Planck al cuore delle nostre vite. È la prova che, talvolta, le rivoluzioni più profonde nascono dal mondo invisibile.

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