I Limiti della Scienza

Il principio di indeterminazione di Heisemberg è uno dei principi cardini della scienza e la sua formulazione ha ricoperto un ruolo importante nel XX secolo e nello sviluppo della fisolofia della scienza.

Il principio di Heisenberg sancisce l’impossibilità di determinare contemporaneamente la posizione e la quantità di modo di una particella. Ciò venne dedotto Werner Heisenberg, il quale attribuì questo limite alla natura quantistica delle particelle. Tale principio implica l’esistenza di un limite ben preciso alla capacità della scienza di spiegare e comprendere l’universo; Un limite che è però dettato dal fatto che noi, osservatori, facciamo parte del sistema in esame e per tanto influenzeremo in maniera inevitabile il sistema.

Storicamente è nota la diatriba tra Einstein e Bohr sulle implicazioni di del Principio di indeterminazione.
Einstein, infatti, propose al collega il seguente esperimento mentale:

"Riempiamo una scatola con del materiale radioattivo che emette radiazioni casuali. La scatola ha uno sportello, che viene aperto e chiuso immediatamente, da un orologio, a un preciso istante, permettendo così a un po' di radiazione di uscire. In questo modo il tempo è già noto con precisione. Vogliamo ancora misurare la variabile coniugata energia, con precisione. Non c'è problema dice Einstein: pesiamo la scatola prima e dopo. L'equivalenza tra massa ed energia, derivante dalla relatività speciale ci permetterà di determinare precisamente quanta energia ha lasciato la scatola"

Di tutta risposta Bohr affermò:

"Se l'energia esce, la scatola è più leggera e si solleverà leggermente sulla bilancia. Questo cambia la posizione dell'orologio. Quindi l'orologio devia dal nostro sistema di riferimento stazionario, e quindi per la relatività speciale, la sua misurazione del tempo sarà diversa dalla nostra, portando a un inevitabile margine d'errore"

L’elemento di separazione dei due illustri fisici sta nel fatto che Einstein ritenesse che tutte le distribuzioni statistiche finora conosciute, avessero un fondamento probabilistico.

Molti fisici oltre Einstein ritenevano non accettabile la visione determinista della meccanica quantistica. Per tanto supposero che la Meccanica Quantistica fosse in realtà incompleta, poiché non tiene conto di una variabile (non nota) che rende non deterministica la meccanica quantistica.
Una prima teoria che si basa su questa assunzione è l’ipotesi di De broglie, che introduce un comportamento ondulatorio alla materia. Una teoria che a riscontrò interesse nella comunità scientifica é la teoria di Bohm, che si basa sull’assunzione che una particella (come per esempio l’elettrone) avesse una sorta di onda guida che in qualche modo definisse la direzione della stessa.

La teoria sella variabile nascosta é ai nostri giorni, considerata non attendibile sotto diversi aspetti, ma resta affascinante per il suo approccio originale ad un fenomeno scientifico così determinante.
Nel complesso, si può dire che la nostra stessa natura di entità tridimensionali, giustifica il principio stesso di Heisenberg, ma bisogna tenere in considerazione, infatti, che un qualsiasi fenomeno si sviluppa non solo nelle 4 dimensioni note, ma in coordinate di cui noi stessi non siamo pienamente coscienti. Ed è proprio questa limitatezza a far scaturire il Principio di Indeterminazione di Heisenberg.

Francesco Longobardo

Raggi UV: Abbronzatura e non solo.

le radiazioni solari possono esser la causa di problematiche per la salute dell’essere umano.

In particolare le radiazioni sono quelle che ricadono nell’interno dell’intervallo di lunghezze d’onda dell’ultravioletto (UV) ossia tra i 100 e i 400 nm (1 nm=10^-9 m).

Queste radiazioni avendo lunghezza d’onda molto bassa posseggono una grande quantità di energia (ricordiamo che le radiazioni seguono la legge E=hv dove v=frequenza=1/lunghezza d’onda) e per questa proprietà sono in grado di penetrare più o meno profondamente all’interno del nostro corpo.

In particolare i raggi della “famiglia UV” sono suddivisi in tre sottocategorie:

U.V-A (98%) : lunghezza d'onda: 320 - 400 nm

Gli U.V-A, hanno effetti ottimi sull'abbronzatura (anche se inferiori agli U.V-B) e moderati sul danneggiamento cutaneo.

Vista la loro elevata lunghezza d'onda sono tuttavia in grado di penetrare in profondità nel derma distruggendo capillari, collagene ed elastina, provocando eritemi e danneggiando la pelle.

UV-B (2%) : lunghezza d'onda: 280 - 320 nm

I raggi U.V-B, hanno una capacità di penetrazione inferiore e non riescono a superare le strutture più superficiali della pelle. Gli effetti deleteri sono comunque importanti poiché i raggi U.V-B sono in grado di alterare il materiale genetico contenuto nel DNA aumentando il rischio di comparsa di tumori cutanei.

La radiazione UV-B è molto più efficace della radiazione UV-A nel provocare l'eritema.

U.V-C: lunghezza d'onda: 100 - 280 nm

I raggi UV-C sono particolarmente dannosi per la salute ma vengono trattenuti dalla fascia di ozono e per questo non hanno effetti particolari sulla pelle.

Il rischio di esposizione a questi raggi aumenta in alta quota.

Altre proprietà dei raggi ultravioletti sono sfruttate per utilizzi più o meno importanti nella vita quotidiana:

• Lampadine e tubi a fluorescenza: sfruttano la capacità del mercurio a bassa pressione di assorbire l’UV e riemetterlo come radiazioni visibili generando così i colori che noi percepiamo.
• Lampade UV: simili alle prime (solo che mancano dello stato di conversione in luce visibile) trovano utilizzo in analisi di minerali, rocce, gemme e vari di tipi di oggetti da collezione poichè molti materiali costitutivi di questi oggetti reagiscono all’interazione con queste radiazioni generando fenomeni di fluorescenza. Coloranti fluorescenti sono usati in biochimica e sono in dotazione alla polizia scientifica per identificare fluidi corporei o altre sostanze durante le indagini. Alcune proteine, presentano anch’esse lo stesso fenomeno e vengono utilizzate come “marker” in genetica: es. la Green Fluorescent Protein (GFP).
• Strumenti di potabilizzazione l’acqua, sterilizzare ambienti e strumenti utilizzati in ambiti biologici o ospedalieri I raggi ultravioletti infatti Sono in grado di uccidere quasi tutti i virus ed i batteri. La radiazione ultravioletta germicida, infatti, è una radiazione compresa in una banda di lunghezze d'onda in grado di distruggere batteri, virus e altri microorganismi, modificandone il DNA o l'RNA impedendone quindi la riproduzione. Questo principio permette la disinfezione dell'acqua e dell'aria. L’OMS (Organizzazione Mondiale per la Sanità) ha calcolato che la potabilizzazione dell'acqua con i raggi UV costa 2 centesimi di dollaro per 1000 litri di acqua.
• Nel processo di produzione dei microprocessori e in alcuni processi di litografia.
• Infine vengono utilizzati nell’ambito della spettroscopia di assorbimento molecolare UV-visibile come processo di analisi particolarmente diffuso in chimica analitica.

Proprio a causa dell’alto contenuto energetico contenuto in questo tipo di radiazioni è consigliabile utilizzare protezioni per gli occhi quando si lavora con la luce ultravioletta, specie se di corta lunghezza d'onda. I normali occhiali forniscono una leggera protezione.

Marco Di Paola