SUL DUALISMO ONDA–CORPUSCOLO E IL MATERIALISMO DIALETTICO di Piero De Sanctis
Come spesso accade quando si ricercano le origini e i principi primi di un fenomeno, di un’idea, di una congettura, ci troviamo spesso di fronte a dipanare una matassa in cui si sovrappongono e si confondono elementi spuri con quelli fondamentali, il marginale con il sostanziale. Succede così anche per le scienze, quando si vanno a ricercare le idee che hanno dato origine al concetto, passato ormai alla storia, come il dualismo onda-corpuscolo. E non è escluso poi, come è accaduto in questo caso, che le idee iniziali per la soluzione del dilemma siano arrivate da direzioni del tutto inaspettate.
Il principe Louis De Broglie (1892-1929, premio Nobel nel 1929) è un nome ben noto nella storia della Francia a cui, questa famiglia, originaria di Chierici in Piemonte, ha dato, fin dal XVII, secolo vari politici e diplomatici. Nel 1920 Louis riprese gli studi di fisica, che aveva abbandonato durante la Prima guerra mondiale, dedicandosi soprattutto alla teoria. Il fratello maggiore, il Duca Maurice, un fisico insigne, era stato autore di classici studi sui raggi X. Ma a fare il primo passo rivoluzionario verso la meccanica ondulatoria, è stato Louis, quasi sconosciuto, al tempo, tra i grandi fisici. Seguiamo, dunque, De Broglie in questo primo passo cercando di afferrare il filo della matassa.
Nel suo magnifico libro Materia e Luce scrive: «I filosofi dell’antichità e molti scienziati fino al principio dell’Ottocento avevano sostenuto che la luce era formata da piccoli corpuscoli in continuo e rapido movimento. La propagazione rettilinea della luce nelle condizioni normali, la riflessione della luce sugli specchi si spiegano subito con questa ipotesi. La teoria corpuscolare della luce è stata poi abbandonata circa un secolo fa in seguito ai lavori del fisico inglese Thomas Young e, soprattutto del francese Agostino Frasnel. Young e Fresnel hanno scoperto tutta una categoria di fenomeni luminosi, i fenomeni d’interferenza e di diffrazione, che è impensabile interpretare con la teoria corpuscolare, mentre un’altra teoria, quella ondulatoria della luce, spiega contemporaneamente…i fenomeni classici della propagazione rettilinea, della riflessione, della rifrazione…Da quel momento e per tutto il secolo XIX la natura ondulatoria è stata ammessa senza contestazioni…Ma dopo di allora si sono scoperti dei fenomeni prodotti dalle radiazioni, fin là sconosciuti, che sembravano spiegati solo con la teoria corpuscolare. Il principale di questi fenomeni è l’effetto fotoelettrico…E allora i fisici si sono trovati imbarazzati perché, da un lato vi è l’insieme dei fenomeni d’interferenza e diffrazione i quali provano che la luce è formata da onde, e dall’altro lato c’è il fenomeno fotoelettrico e altri fenomeni recentemente scoperti, i quali provano che la luce è formata da corpuscoli detti fotoni».
Secondo De Broglie l’unico modo per uscire da questa contraddizione era quello di ammettere che, l’aspetto ondulatorio della luce e il suo aspetto corpuscolare, fossero due aspetti complementari di una stessa realtà. Fu questa l’idea rivoluzionaria del De Broglie. Egli compì questo salto concettuale con due brevi comunicazioni all’Accademia francese delle Scienze, del 10 settembre 1923, associando ad un’onda il valore della sua lunghezza d’onda ( e al corpuscolo la sua quantità di moto (mv), secondo una data equazione ( , ed elaborò, quindi, una nuova teoria che oggi chiamiamo Meccanica ondulatoria. In questa meccanica, poiché è impossibile disgiungere il fotone dall’onda che gli è unita è facile pensare che anche gli elettroni siano sempre accompagnati da un’onda. Appunto per questo che De Broglie indicò la direzione in cui andavano cercate le conferme sperimentali delle sue idee: «Un fascio di elettroni che attraversi una fenditura le cui dimensioni siano piccole in rapporto alla lunghezza d’onda delle onde elettroniche, dovrebbero dar luogo a fenomeni di diffrazione». Gli esperimenti furono fatti e tutti confermarono le ipotesi di De Broglie. Ma se la rivoluzione concettuale, che ha come fondamento l’unità inscindibile onda-corpuscolo di due concetti contradditori, ha dato i suoi frutti con la nuova meccanica, ha anche significato un approfondimento delle nostre conoscenze della realtà obiettiva, costituendo, nel contempo, un brillante esempio di uno dei tre principi della dialettica materialistica: la compenetrazione degli opposti.
Tuttavia, questa, sarebbe una ricostruzione parziale se non si tenesse conto del grande contributo di Einstein per la soluzione del dilemma onda-corpuscolo. Anzi, è proprio De Broglie a ricordarcelo in un suo articolo contenuto nel libro Albert Einstein Scienziato e Filosofo del 1958, quando dice: «…la sua concezione dei quanti di luce che, reintroducendo la nozione corpuscolare nell’ottica, doveva indurre i fisici a ricercare una sintesi della teoria ondulatoria della luce di Fresnel e della vecchia teoria corpuscolare». Nella memoria del 1905, Einstein introduce per la prima volta la nozione del quanto di luce (fotone) per spiegare l’effetto fotoelettrico e poi, tace per tre anni e mezzo, durante i quali si dedica allo studio della costituzione della radiazione, da lui definita «straordinariamente importante e difficile che dovrebbe essere al centro delle preoccupazioni di tutti». Queste considerazioni indussero Einstein a riassumere, nel 1909, il proprio punto di vista, come sempre lungimirante, sulla radiazione:
Ho già cercato in precedenza di mostrare che le basi attuali della teoria della radiazione vanno abbandonate…È mia convinzione che la prossima fase di sviluppo della fisica teorica ci condurrà a una concezione della luce che potrà essere interpretata come una sorta di fusione della teoria ondulatoria e di quella dell’emissione…La struttura ondulatoria e quella quantistica…non vanno considerate mutuamente incompatibili…sembra conseguire che dovremo modificare le nostre attuali teorie, non abbandonarle completamente.
Naturalmente tutto ciò non toglie nulla alla grandezza dei meriti di De Broglie. A lui, la storia ha concesso di fare il passo rivoluzionario auspicato da Einstein. Sul fronte della filosofia della scienza si aprirono, in Europa nel primo vent’ennio del Novecento, polemiche asperrime da parte degli idealisti contro i materialisti, tutte dedicate a sostenere la non esistenza materiale degli atomi e dei fotoni. Oggi solo un pazzo potrebbe sostenere la non esistenza reale degli atomi. Ma allora non era così. Dominava nel campo scientifico-filosofico, la dottrina di Mach, che negava l’esistenza della materia quale ente metafisico, inutile e dannoso. Egli morì convinto che gli atomi non esistessero, sebbene Einstein ne avesse dimostrata la realtà già nel 1908 e, nel 1917, abbandonando la propria reticenza circa i quanti di luce, affermò che «ai suoi occhi i fotoni erano diventati reali». In una lettera all’amico Besso, del settembre 1916, sulla radiazione scrisse: «Con questo, l’esistenza dei quanti di luce è praticamente certa». E in un’altra lettera, di due anni dopo, sempre indirizzata all’amico, scrive: «Sulla realtà (la sottolineatura è di Einstein) dei quanta di radiazione non ho più dubbi, anche se continuo a essere del tutto isolato in questa convinzione». Questa battaglia contro le vecchie teorie inconsistenti e infeconde dell’idealismo sostenuta da Einstein nel corso di tutta la prima metà del Novecento ed oltre, continua ancora oggi riguardo ai fisici che, se tenacemente lavorano per soddisfare la esigenza di sintesi di Einstein, utilizzano però metodi che egli avrebbe criticato. Nonostante il grande progresso conseguito, è ancora valida, ai nostri giorni, la vecchia rimostranza di Einstein: «Le teorie costruite gradualmente, associandole alle osservazioni man mano che queste venivano fatte, hanno condotto a una inaccettabile proliferazione di ipotesi indipendenti».
Teramo 11-06-2022