Il principio di indeterminazione di Heisenberg stabilisce che in meccanica quantistica determinate coppie di proprietà non possono essere conosciute contemporaneamente con precisione arbitraria. ciò non è dovuto ad un limite degli strumenti adoperati, bensì ad una proprietà intrinseca della natura.
La coppia di proprietà più nota è formata da posizione e quantità di moto (cioè massa × velocità). La relazione è:
Δx · Δp ≥ ħ/2
dove Δx è l’incertezza sulla posizione, Δp è l’incertezza sulla quantità di moto e ħ è la costante di Planck ridotta. Più precisa è la posizione, più incerta diventa la quantità di moto; e viceversa.
Un modo intuitivo per comprendere questo concetto è il seguente: immagina di voler “fotografare” una particella per sapere dov’è. Per vederla devi farle interagire con qualcosa (un fotone, per esempio). Ma quell’interazione le trasferisce energia e le cambia la velocità: più cerchi di localizzarla con precisione, più la disturbi. Questo è il modo classico di raccontarlo, ed è utile per capire l’idea, ma non è tutta la storia: il principio vale anche senza “disturbo”, perché è legato alla natura ondulatoria della materia. Una particella quantistica non ha una posizione e una velocità entrambe ben definite nello stesso istante: il suo stato è descritto da una funzione d’onda che distribuisce le probabilità.
Esiste anche una coppia formata dalle proprietà energia e tempo, per la quale vale la relazione:
ΔE · Δt ≥ ħ/2
Significa che per intervalli di tempo molto brevi l’energia di un sistema non è definita con precisione: può “fluttuare”. È questa relazione che sta alla base delle fluttuazioni quantistiche del vuoto e delle particelle virtuali di cui si parla nella radiazione di Hawking.
È doveroso chiarire che non è “l’osservatore a disturba il sistema”, nel senso che la particella aveva già valori precisi e quindi l’osservatore non li rovina effettuando delle misurazioni.
L’interpretazione più corretta è la seguente: quei valori non esistono entrambi simultaneamente con precisione definita, poiché la natura quantistica non lo permette.
In estrema sintesi il principio di indeterminazione di Heisemberg stabilisce che il mondo quantistico non è fatto di oggetti con proprietà tutte contemporaneamente definite: alcune coppie di grandezze (posizione/velocità, energia/tempo) sono legate da un’incertezza minima inevitabile, e questa è una caratteristica fondamentale della realtà fisica.
