"ONDA E CORPO È L’ELETTRON"

 

Paolo Mirone

Università di Modena

 

Nel 1927 Enrico Persico, amico di Fermi e da pochi mesi professore di Fisica teorica a Firenze, scrisse una poesia scherzosa in cui si immaginava come un missionario giunto "al di là dell'Appennino" per annunciare agli infedeli il verbo della nuova fisica, cioè della meccanica quantistica.  Questa aveva ricevuto da poco tempo una sistemazione teorica soddisfacente per opera di Heisenberg, Schroedinger e Dirac, e il missionario cominciava la sua predica raccontando che "oltre i monti/vivon popoli fedel", i quali "han d’h il sacro culto / han nei quanti piena fé".  E dopo altri insegnamenti aggiungeva:

"Credon poi con fé profonda

Cui s'inchina la ragion

Che la luce è corpo ed onda

Onda e corpo è /'elettron"

È molto probabile che motivo ispiratore della poesia sia stata la difficoltà di far accettare agli studenti (e forse anche a qualche collega) le idee, rivoluzionarie e contrarie all'intuizione, della fisica dei quanti.  Questo, almeno, è quanto lascia supporre il tono generale del componimento e in particolare l'insistenza sul tema della "fé".  La poesia di Persico mi è tornata alla mente confrontando i modi in cui gli autori dei testi di chimica per le nostre scuole secondarie cercano di spiegare (forse ancor prima a se stessi che ai lettori) il duplice carattere, corpuscolare e ondulatorio, delle particelle elementari.  Dopo sessantanni non sembra che le difficoltà ad accettare questo concetto siano scomparse; anzi, esse conducono spesso a esiti curiosi.  Ecco un paio di esempi, tratti da libri che hanno avuto entrambi un largo successo di adozioni (i corsivi sono miei):

"L'elettrone non possiede solo la natura corpuscolare già nota, ma possiede anche una seconda natura ondulatoria, come accade peri fenomeni elettromagnetici (...). In altre parole, /'elettrone, essendo la più piccola particella che si conosce, si pone ai limiti tra materia ed energia, ed è compartecipe quindi delle leggi che regolano il comportamento dell'una e dell'altra".

"L’elettrone non è solo una particella perché, viaggiando ad altissima velocità, crea un'onda elettromagnetica, che lo guida lungo la sua orbita". Lascio agli esperti di psicologia dell’apprendimento il problema di immaginare quali rappresentazioni mentali possano farsi i ragazzi sulla base di simili acrobazie verbali.  Mi interessa invece mettere in evidenza un tratto comune ai due enunciati nonostante l’apparente diversità.  Entrambi cercano infatti di banalizzare l’idea del dualismo corpuscolare-ondulatorio riportandola in un ambito di realtà e di fenomeni più familiari e, almeno apparentemente, meno ripugnanti al senso comune. 

 

Il primo ignora che il duplice carattere corpuscolare-ondulatorio è una proprietà di tutte le particelle, ed anche dei loro aggregati, indipendentemente dalla massa, e lo attribuisce alla piccolezza dell'elettrone, grazie alla quale questo si collocherebbe in una specie di limbo tra la materia e l'energia (raggiante?), dove varrebbero le leggi proprie di entrambe.  Il secondo riduce tutto all'emissione di onde elettromagnetiche da parte di una carica in movimento (onde fornite peraltro della prodigiosa proprietà di guidare la particela che le ha create).  Mostra cosi di ignorare che la dualità onda-corpuscolo vale anche per le particelle elettricamente neutre, che una carica emette onde elettromagnetiche solo se si muove di moto accelerato, e infine che le onde di cui parla la meccanica quantistica (detta anche, per questo motivo, ondulatoria) non sono di natura elettromagnetica.  Alla base di queste spiegazioni sembra esservi un meccanismo mentale molto simile a quello che sta all'origine delle così dette etimologie popolari.

 

È ben noto il fenomeno per cui molti termini del linguaggio tecnico o medico o scientifico subiscano nel linguaggio popolare delle deformazioni che non sono quasi mai casuali, ma rispondono al bisogno di ricondurre ciò che è oscuro, misterioso, apparentemente illogico a qualche cosa di familiare, e magari di attinente alle caratteristiche dell’oggetto nominato.  Così, per esempio, i raggi ultravioletti diventano ultra violenti e l'analisi organolettica diventa organoelettrica Molti altri esempi si possono leggere nel capitolo ''L'aria congestionata" del libro "L'altrui mestiere" di Primo Levi, il quale propone delle argute giustificazioni per molte di queste deformazioni.  Giustificazioni che tuttavia non sono trasferibili al contesto scientifico a cui ci stiamo riferendo.

 

Tornando al dualismo corpuscolare-ondulatorio, è curioso, nonché emblematico di un certo modo di intendere l'insegnamento scientifico, che nessuno dei due testi da cui sono state tratte le precedenti citazioni si preoccupi di presentare col dovuto rilievo l’unico motivo per cui siamo realmente convinti che l’elettrone e le altre particelle abbiano una natura ondulatoria oltre a quella corpuscolare: e cioè che, in opportune condizioni sperimentali, un fascetto di elettroni presenta gli stessi effetti di interferenza che sono peculiari delle onde.  La stessa osservazione vale per quasi tutti gli altri testi di chimica in uso nelle scuole secondarie italiane.  Certo, l’interferenza di elettroni non è un’esperienza che possa essere realizzata in un laboratorio scolastico.  Ma non è nemmeno particolarmente complessa, almeno in linea di principio, e non richiede complicate descrizioni.  Inoltre per comprenderla occorrono soltanto conoscenze elementari sul comportamento delle onde, quali si possono acquisire dall'osservazione di onde che si propagano sulla superficie di un liquido.  Una dozzina di anni fa il Reparto di cinematografia scientifica dell’Istituto LAMEL del Consiglio Nazionale delle Ricerche ha realizzato un eccellente film didattico, intitolato appunto "interferenza di elettroni".  Purtroppo anche in questo caso si è verificato il detto che nessuno è profeta in patria: infatti l'edizione inglese del film ha ottenuto un successo molto maggiore di quella italiana, a conferma delle difficoltà che nel nostro paese incontra una seria attività di educazione e di divulgazione scientifica.

 

 

Pubblicato originariamente su La Chimica nella Scuola, 1990, 1-2, 19-21. Riprodotto con l'autorizzazione del Prof. Pierluigi Riani, direttore di CnS.