LA COMPLEMENTARITA’

(ovvero l’impossibilità di una descrizione unitaria

dei fenomeni microscopici)

 

Bohr, il padre della fisica quantistica, prendendo spunto dalle novità introdotte dal Principio di Indeterminazione (nei processi di misura una misura esclude l'altra ...) elevò (Como, Settembre 1927) al rango di Principio Universale la mutua esclusione delle proprietà (osservabili) manifestate dalla materia nei processi di misura.

Egli chiamò COMPLEMENTARITA' il dualismo manifestato dalla materia nei processi di misura ...

Prima della misura le proprietà della materia devono essere sempre "sovrapposte", nel corso della misurazione sarà possibile misurare o la posizione o la velocità, o l'aspetto ondulatorio o l'aspetto corpuscolare di una particella, mai entrambe le cose contemporaneamente; esse sono complementari.

Bohr praticamente propone un’interpretazione che conserva contemporaneamente le idee di onda e di corpuscolo, assumendo tuttavia che tali entità rappresentano due aspetti della realtà fisica che si completano escludendosi, in quanto nell’esperienza ciascuno di questi due aspetti si manifesta esclusivamente a spese dell’altro.

Secondo Bohr non esistono come per Einstein e de Broglie onde e corpuscoli bensì onde o corpuscoli, dato che questi due aspetti sono entrambi indispensabili per spiegare i fenomeni, ma non possono essere combinati nella medesima situazione sperimentale.

 

COMPLEMENTARITA' QUANTISTICA,

DUALISMO ONDA-CORPUSCOLO

IL DUALISMO ONDA-CORPUSCOLO NELLA VISIONE "CLASSICA"

Secondo EINSTEIN e DE BROGLIE le particelle sono onde e corpuscoli insieme. Un elettrone, ad esempio, è un corpuscolo materiale dotato di attributi fisici ben definiti (massa, energia, impulso, ecc.) che viaggia nello spazio associato ad un'onda che lo guida nel suo movimento. Una deformazione dell'onda dovuta ad una causa qualsiasi fa si che un'azione venga esercitata sull'elettrone, la cui traiettoria devierà ...

COMPLEMENTARITA' E DUALISMO ONDA-CORPSUCOLO

La Complementarità è la concezione dell'oggettività nella Teoria Quantistica. Secondo BOHR, ogni particella (inosservata) "vive" in uno stato sovrapposto, "vive" come un miscuglio indistinto di onda e corpuscolo. Nel momento in cui si sottopone (si decide di sottoporre) ad esperimento detto miscuglio esso si manifesterà o come onda o come corpuscolo -MAI COME ONDA E CORPUSCOLO INSIEME-.

Per la Meccanica Quantistica queste due "qualità" sono incompatibili (Complementari) ...

Così la materia allo stato "naturale" presenta sempre caratteristiche di sovrapposizione : caratteristiche di sovrapposizione che scompaiono al momento della misura, dell'osservazione ...

 

COMPLEMENTARITA’ E

PROBLEMA DELLA VITA

Niels Bohr sostiene che per avere una completa conoscenza della Fisica e della Chimica di un organismo vivente, dovrebbero effettuarsi esperimenti così dettagliati che l’organismo stesso andrebbe incontro a morte certa.

Da questo egli deduce l’esistenza di una relazione di Complementarità (rigida contraddizione, esclusione) fra l’esistenza della vita e la possibilità stessa di una sua descrizione scientifica …

COMPLEMENTARITA’ E FENOMENI PSICHICI

Riguardo i parallelismi tra Complementarità e "fenomeni psichici" così si esprime Niels Bohr nel libro "I Quanti e la Vita" (Ed. Boringhieri, Torino) :

"Per quanto inconsueto possa sembrare, in questo sviluppo della fisica, sono certo che molti avranno riconosciuto la stretta analogia esistente tra la situazione nell’analisi dei fenomeni atomici [descritti dalla meccanica quantistica] e certi aspetti caratteristici del problema dell’osservazione nel campo della psicologia ... Nel corso della introspezione è chiaramente impossibile distinguere nettamente tra i fenomeni di per sé e la loro percezione cosciente, e benché sia lecito parlare talvolta di attenzione concentrata su qualche aspetto particolare di un’esperienza psichica, a un più attento esame risulta che anche in quei casi si ha in realtà a che fare con situazioni mutuamente escludentisi. Tutti conosciamo la vecchia sentenza secondo la quale, se cerchiamo di analizzare le nostre emozioni, cessiamo di possederle, ed è in questo senso che tra le esperienze psichiche, cui noi associamo le parole "pensieri" e "sensazioni", riscontriamo una relazione di complementarità simile a quella esistente tra le esperienze riguardanti il comportamento di atomi sotto differenti condizioni sperimentali."

 

 

LA COMPLEMENTARITA’ E

L’ESISTENZIALISMO DANESE

Bohr considera le "complicazioni" introdotte dalla Teoria Quantistica come inevitabili : la nostra cultura ed il nostro modo di comprendere si sono formati nel mondo macroscopico dove lo spazio-tempo e la causalità sono contemporaneamente necessari. Perciò non possiamo evitare di pensare che gli eventi atomici avvengano nello spazio-tempo e si sviluppano in maniera causale ; tuttavia dobbiamo arrenderci all'impossibilità di usare contemporaneamente le due descrizioni (*). In termini kierkegaardiani possiamo dire che la tesi (spazio-tempo) e l'antitesi (causalità) non possono mai essere riuniti in una sintesi, ma debbono restare per sempre opposti e inconciliabili.

Quest'ultima osservazione è essenziale per comprendere le radici storiche e culturali della Complementarità. Bohr non può certamente essere considerato un hegeliano, nonostante accetti la presenza di elementi contraddittori nelle teorie fisiche. Dato che nessun oggetto può essere allo stesso tempo piccolo e grande -dice Bohr- gli aspetti ondulatori e corpuscolari che caratterizzano ogni particella sono elementi contraddittori. Essi sono chiaramente correlati a un'altra coppia di opposti, i concetti di continuità e di discontinuità. Ma questa parziale accettazione delle idee di Hegel non implica che le contraddizioni possono essere risolte in una sintesi a un livello diverso : al contrario, una delle battaglie più importanti condotte da Bohr fu proprio il rifiuto di queste risoluzioni ! Uno dei suoi allievi, Leon Rosenfeld, descrisse la situazione in questo modo :

"Mentre i grandi maestri (Planck, Einstein e Schrödinger) tentavano inutilmente di eliminare le contraddizioni in modo aristotelico, riducendo un aspetto all'altro, Bohr comprese la futilità di questi tentativi. Egli sapeva che si sarebbe dovuti convivere con questo dilemma ... e che il problema reale sarebbe stato quello di raffinare il linguaggio della fisica in modo da fare spazio alla coesistenza dei due concetti." 1

Ovviamente convivere con un dilemma è radicalmente diverso dal tentare di risolverlo. A questo proposito i filosofi danesi Søren Kierkegaard e Harald Høffding risultarono ispiratori delle idee di Bohr circa la possibilità di risolvere le contraddizioni. Sembra ormai chiaro che la natura della Complementarità abbia tratto ispirazione da un ramo secondario della filosofia : l'esistenzialismo danese. Nel libro "La Distruzione della Ragione"2 György Lukacs dedicò sessanta pagine a Kierkegaard e scrisse per esempio : " Kierkegaard combatte Hegel spezzando la viva unità dialettica degli elementi contraddittori e gonfiandoli, nel loro rigido isolamento, di principi metafisici indipendenti."

Questo è esattamente quello che fa Bohr con le idee di particella e onda, col rifiuto di accettare la descrizione di Einstein-de Broglie in cui i due aspetti coesistono oggettivamente e costituiscono il sistema fisico osservato. E' estremamente difficile immaginare che un'idea così "particolare" (l'idea che i problemi riguardanti la realtà oggettiva non possano essere risolti, e questo non per difficoltà pratiche, ma in linea di principio) potesse essere concepita diverse volte indipendentemente, ed è per questo che è nel giusto Max Jammer quando scrive :

"Non può esservi dubbio sul fatto che il precursore danese dell'esistenzialismo moderno e della teologia neo ortodossa, Søren Kierkegaard, abbia in una certa misura inciso sul corso della fisica moderna grazie alla sua influenza su Bohr." 3

Per Kierkegaard le contraddizioni nella vita e nelle scienze della natura sono rigide e non possono essere superate. Questa sua convinzione viene presentata assieme a duri attacchi contro il razionalismo di Hegel e l'idea che le contraddizioni si possono sempre sintetizzare (cioè risolvere) a un livello superiore. Al contrario - pensa Kierkegaard - le contraddizioni sono inconciliabili e costituiscono alternative che si escludono a vicenda in modo definitivo. Così, ad esempio, nella vita di una persona il conflitto fra i bisogni e i desideri del soggetto (la tesi) e la situazione concreta in cui una persona è costretta a muoversi (l'antitesi) provoca uno stato di angoscia permanente che non può mai essere eliminata in modo hegeliano in una sintesi di qualità superiore. Una situazione simile viene incontrata nelle scienze naturali. Kierkegaard chiamò la sua filosofia "dialettica qualitativa".

Come vedremo Bohr pensava che un elemento di irrazionalità fosse stato introdotto nella fisica dal valore finito del quanto di azione h, per cui gli scienziati sono costretti ad oscillare fra spazio-tempo e causalità senza mai poterli usare insieme. Similmente egli pensava che è impossibile usare allo stesso tempo i concetti di particella (la tesi) e di onda (l'antitesi), ma che si doveva oscillare dall'uno all'altro per descrivere diversi fatti sperimentali. Dunque anche per Bohr si è in presenza di opposti contraddittori che sono mutuamente inconciliabili e come tali non utilizzabili in una sintesi per raggiungere una descrizione completa degli aspetti essenziali della realtà al suo livello più profondo.

Se la continuità concettuale fra Kierkegaard e Bohr è molto chiara, è invece impossibile trovare una connessione diretta fra i due perché il primo morì mezzo secolo prima che il secondo si iscrivesse all'università. Ci sono invece molte evidenze di importanti connessioni indirette, per il tramite di Høffding, la cui importanza per la formazione culturale di Bohr è stata da quest'ultimo così descritta in un omaggio postumo (1931) durante una conferenza all'accademia danese di Scienze e Lettere :

"[Ho avuto] il privilegio di essere stato in stretto contatto con Høffding fin dalla mia prima giovinezza, perché mio padre era suo intimo amico. In tutte le fasi della mia vita ho avuto la possibilità di beneficiare del suo spirito veramente scientifico e filosofico, che voi tutti conoscete dalle sue opere, ma che prese un significato speciale dal mio contatto diretto con lui." 4

 

(*) "This postulate [the quantum postulate] implies a renunciation as regards the space-time coodination of atomic processes". N. Bohr

 

 

 

1 A. Landé, New Foundations of Quantum Mechanics, Cambridge University Press (1965).

2 G. Lukacs, La Distruzione della Ragione, Einaudi, Torino (1959).

3 M. Jammer, The Conceptua Development of Quantum Mechanics, Tomash Publishers, Am. Inst. Physics (1989).

4 R. N. Moreira, Høffding and Bohr : Waves or Particles, in : Waves and Particles in Light and Matter, a.c. di A. van der Merwe, Plenum, New York/London (1994).