La radiazione di corpo nero e la catastrofe ultravioletta: un errore storico alle origini della meccanica quantistica. È questo l’argomento affrontato da Giulio Casati, professore emerito di Fisica dell’Università dell’Insubria, insieme al cinese Jiao Wang della Xiamen University e a Giuliano Benenti dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, in un articolo pubblicato sul Physical Review Letters.      

Un tema scientifico molto complesso che il professor Casati spiega nella sintesi che proponiamo di seguito.

Nelle sue celeberrime «Lectures on Physics», volume 1, Richard Feynman scrive: «Thus was the classical theory absolutely incapable of correctly describing the distribution of light from a blackbody, just as it was incapable of correctly describing the specific heats of gases. Physicists went back and forth over this derivation from many different points of view, and there is no escape. This is the prediction of classical physics… is called Rayleigh’s law, … and is obviously absurd».

Questa affermazione di Feynman a proposito di un problema centrale nella storia della fisica quantistica, che rappresenta una delle più grandi rivoluzioni della umanità, non è corretta. Infatti, come mostrato nell’articolo pubblicato sul Physical Review Letters, la legge di Rayleigh-Jeans, che porta alla cosiddetta catastrofe ultravioletta, cioè all’effetto assurdo di emissione di radiazione elettromagnetica con potenza infinita, non è una conseguenza della meccanica classica. Essa è invece conseguenza della ipotesi di equipartizione della energia tra i vari gradi di libertà. Questa ipotesi, storicamente ritenuta plausibile, non ha invece nessuna giustificazione per cui si rende necessaria la soluzione esatta delle equazioni del moto. Nel nostro lavoro mostriamo che una trattazione corretta delle equazioni classiche non porta ad alcun risultato assurdo ed in particolare non porta alla legge di Rayleigh-Jeans. Al contrario è compatibile con la legge di Stefan- Boltzmann, che è nota essere in pieno accordo con i risultati sperimentali.

I nostri risultati richiedono pertanto una riconsiderazione critica del ruolo della fisica classica per la comprensione della meccanica quantistica.

(Nella fotografia, da sinistra: Jiao Wang, Giulio Casati e Giuliano Benenti)