2025: L’anno quantistico - Una scienza che può cambiare tutto

L’Assemblea Generale delle Nazioni Unite:

1. Decide di proclamare il 2025 come Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica;


2. Invita l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Educazione, la Scienza, e la Cultura (UNESCO) ad agire come agenzia guida e punto di riferimento per l’Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica [...];


3. Raccomanda che l’Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica sia celebrato attraverso attività a tutti i livelli volte ad aumentare la consapevolezza pubblica sull’importanza della scienza e delle applicazioni quantistiche; a rafforzare la cooperazione scientifica internazionale, multilaterale e interdisciplinare [...] nel campo della scienza e della tecnologia quantistica; a garantire una particolare attenzione sulle applicazioni della scienza e della tecnologia quantistica per lo sviluppo sostenibile;


4. Accoglie con favore le iniziative mirate a sfruttare la scienza e la tecnologia quantistica per lo sviluppo sostenibile.

78^a sessione; Punto 18: Sviluppo sostenibile; 7 giugno 2024

 

Nel 1925, un giovane 23 anni di nome Werner Karl Heisenberg pubblicò sulla rivista in lingua tedesca “Zeitschrift für Physik” (Giornale per la Fisica) il suo articolo “Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen” (Sulla reinterpretazione nella teoria quantistica delle relazioni cinematiche e meccaniche). Il testo, diventato successivamente famoso in ambito accademico semplicemente come “das Umdeutung papier” (l’articolo sulla reinterpretazione).

All’epoca, il mondo della fisica teorica stava ancora lottando con le basi della teoria quantistica, cercando di formalizzare in modo matematicamente coerente i diversi fenomeni del mondo quantistico. Nomi illustri come Max Planck, Wolfgang Pauli, Niels Bohr, Max Born e Ralph Kronig si erano cimentati nell’impresa, ma fino a quel momento tutto quello che erano riusciti a trovare era una serie di regole empiriche per risolvere problemi particolari: una soluzione generale continuava a sfuggire.

Fu allora che Heisenberg, giovanissimo fisico teorico cresciuto all’Università di Monaco di Baviera sotto la guida di Arnold Sommerfeld, ebbe un’idea diversa: invece di cercare di rappresentare questi fenomeni come problemi della fisica classica a cui applicare successivamente le regole di quantizzazione, provò a trattarli come operatori puramente matematici, senza alcuna pretesa di poterli visualizzare come fenomeni della fisica newtoniana.

«Poiché sia l’atomo che l’elettrone non possiedono alcun grado di realtà fisica come gli oggetti della nostra esperienza quotidiana, il soggetto della meccanica quantistica è precisamente l’indagine su quale sia il tipo di realtà che è propria dei nuclei e delle particelle.»

Questa intuizione rivoluzionaria sarebbe arrivata durante una permanenza presso l’isola di Helgoland, una piccola striscia di terra a una cinquantina di chilometri dalla costa tedesca nel Mare del Nord, sulla quale il giovane Heisenberg era approdato per sfuggire a una febbre allergica (e forse per allontanarsi dalla supervisione dei suoi relatori accademici e lavorare in pace alle sue idee). Come avrebbe scritto anni dopo nel libro del 1971 “Der Teil und das Ganze: Gespräche im Umkreis der Atomphysik” (La parte e il tutto: Conversazioni nell’ambito della fisica atomica):

«Erano quasi le tre del mattino quando i risultati finali dei miei calcoli furono finalmente davanti a me. [...] Ero profondamente turbato. Ebbi la sensazione che, attraverso la superficie dei fenomeni atomici, stessi osservano qualcosa al loro interno dotato di una bellezza strana e sconcertante, e provai quasi una vertigine al pensiero di dover esplorare questa ricchezza di strutture matematiche che la natura aveva dispiegato davanti a me con tale generosità. Ero troppo emozionato per dormire e così, mentre un nuovo giorno si faceva strada, mi diressi verso l’estremità meridionale dell’isola, dove desideravo da tempo arrampicarmi su una roccia che sporgeva sul mare. Nello stato in cui ero, lo feci senza alcuna esitazione, e aspettai là il sorgere del sole.»

Questo allontanamento dalla fisica tradizionale per ricercare un approccio più matematico non fu ben visto da tutti; ma l'articolo di Heisenberg, e altri successivi in collaborazione con Pascual Jordan e Max Born, posero le basi per la meccanica delle matrici, che permise di ottenere una formulazione matematica coerente della fisica quantistica, fornendo così una cornice teorica per il modello atomico di Bohr e una giustificazione concettuale per l’esistenza dei salti quantici degli elettroni tra diversi livelli energetici.

Grazie alle sue intuizioni e al suo lavoro di formalizzazione matematica, incluso il principio di indeterminazione per il quale è famoso al grande pubblico, nel 1932 Werner Heisenberg vinse il premio Nobel per la Fisica, con la motivazione «per la creazione della meccanica quantistica, l’applicazione della quale ha portato, tra le altre cose, alla scoperta delle forme allotropiche dell’idrogeno.»

 

Cento anni dopo, “das Umdeutung papier” è ancora riconosciuto come il cardine matematico fondamentale che ha trasformato la teoria quantistica in una scienza robusta e affidabile, con implicazioni che si estendono a una vastissima gamma di discipline e applicazioni, non solo nella fisica teorica.

Per questo nel maggio 2024, su suggerimento di numerose società scientifiche nazionali e internazionali, la delegazione del Ghana ha formalmente presentato una bozza di risoluzione all’Assemblea Generale delle Nazioni Unite per la proclamazione ufficiale del 2025 come Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica (International Year of Quantum Science and Technology, IYQ) che è stata approvata il 7 giugno 2024.

Come accade per le celebrazioni degli Anni Internazionali, le Nazioni Unite e l’UNESCO si fanno carico di promuovere la cosapevolezza riguardo argomenti considerati critici per la pace e lo sviluppo mondiale, compresi gli obiettivi di sviluppo sostenibile, inclusi clima, energia, sicurezza, accesso alla conoscenza e pari opportunità.

La scienza e la tecnologia quantistica infatti è presente in un vasto numero di settori disciplinari e sociali, spesso senza che la cittadinanza ne sia consapevole:

• Salute e benessere
  Il campo della fotonica quantistica sta rivoluzionando la diagnostica per immagini utilizzata in ambito medico, mentre la chimica quantistica sta supportando lo sviluppo di nuovi vaccini e farmaci.;


• Industria e infrastrutture
  La scienza quantistica si sta rivelando fondamentale per sviluppare nuovi materiali e processi che alimentano e sostengono l'innovazione tecnologica e la creazione di nuove infrastrutture di applicazione;


• Crescita economica
  La scienza e le tecnologie quantistiche stanno entrando in molti settori produttivi, portando crescita e innovazione; le infrastrutture economiche e finanziarie future saranno protette dalla capacità di implementare sistemi di informazione quantistica;


• Azioni climatiche
  La fisica quantistica guiderà la prossima generazione di sensori per il monitoraggio ambientale, mentre i computer quantistici miglioreranno l'accuratezza dei modelli climatici a lungo termine;


• Energia pulita
  L'ingegneria quantistica sta portando allo sviluppo di celle solari più efficienti ed economiche e alla diffusione di sorgenti luminose a LED a basse emissioni;


• Riduzione delle disuguaglianze
  I principi della scienza aperta e il supporto all'equità di genere nell'istruzione e nella ricerca garantiscono che le soluzioni quantistiche siano accessibili a tutti.

 

L'Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica è nato come un movimento dal basso da parte di scienziati e scienziate, educatori e educatrici, storici e storiche che hanno riconosciuto come il centenario della fondazione della meccanica quantistica sarebbe potuta essere l’occasione per ampliare la comprensione pubblica di quanto la scienza e la tecnologia quantistica siano diventate centrali per l'umanità negli ultimi cento anni, e di come il loro impatto aumenterà esponenzialmente nei prossimi cento.

Questa consapevolezza e questa responsabilità ha portato a sviluppare una lista di principi guida per l’YIQ, in modo da creare una reale occasione di crescita umana e globale:

• Nessuno è il proprietario della scienza quantistica
  Nessuno può rivendicare la proprietà della scienza quantistica o rivendicarne l’esclusiva; la scienza è per sua natura una conoscenza libera e accessibile a tutti. Chi si occupa di studiare e sviluppare la scienza e la tecnologia quantistica ha il diritto di vedere riconosciuto il proprio lavoro e il dovere di rispondere alle domande di chiunque voglia saperne di più;


• Tutti sono invitati
  Chi ha compreso la bellezza e l’importanza della scienze e della tecnologia quantistica deve usare questa occasione per condividere le sue conoscenze con le persone che hanno meno familiarità con l’argomento, compreso chi ha un retroterra culturale e una sensibilità personale diversa;


• Riconosci il consenso, rispetta il dissenso, ammetti l’ignoranza
  Chi ha la propensione a descrivere una visione consolidata dei saperi scientifici deve essere pronto a segnalare dove ci sono aree di dissenso; chi ha l’inclinazione a enfatizzare il dibattito deve allo stesso modo ammettere dove è presente un consenso della comunità scientifica; tutti devono riconoscere i limiti e le lacune nelle conoscenze scientifiche;


• Aiuta le altre persone a trovare informazioni affidabili sulla scienza quantistica
  Molte delle informazioni che circolano sulla scienza quantistica sono false o fuorvianti. Aiuta le persone che ti chiedono consiglio a riconoscere le informazioni corrette e indirizza la loro ricerca verso fonti affidabili;


• Incarna gli ideali della buona condotta scientifica
  Non sempre chi porta avanti le ricerche scientifiche lo fa all’interno delle regole della corretta condotta scientifica. Chi comunica la scienza quantistica deve considerare sia le buone pratiche che i comportamenti scorretti della comunità scientifica, allo scopo di rendere consapevoli e ispirare le nuove generazioni;


• Sii onesto
  Le considerazioni e le emozioni che esulano dalla pratica scientifica non possono prendere il sopravvento su una visione onesta e una comunicazione sincera riguardo le applicazioni della scienza e della tecnologia quantistica;


• Divertiti!
  Se la scoperta è una fonte di gioia, allora insegnare deve essere un modo per condividere questa emozione con gli altri.

 

L’attività propone agli studenti e alle studentesse di ideare e pianificare un evento o un progetto per la promozione dell’Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica.

Il lavoro può essere organizzato in piccoli gruppi: ogni gruppo prepara una proposta diversa e la presenta alla classe, compresa una pianificazione indicativa dei tempi di organizzazione e dei luoghi scelti per la realizzazione.

La simulazione dell'organizzazione di un evento o di un progetto di comunicazione scientifica servirà sia a toccare con mano le difficoltà di un lavoro spesso poco conosciuto, ma anche a riflettere sulla complessità di raccontare la scienza a un pubblico che può essere anche molto diverso come interessi, linguaggio, e livello di conoscenza pregresso (bambini/e, ragazzi/e, adulti, pubblico generico, ecc)

I progetti possono essere svariati, per esempio:

• una conferenza sulle donne che hanno lavorato allo sviluppo della meccanica quantistica ma che hanno ottenuto un minore riconoscimento rispetto ai colleghi uomini;


• una mostra di arte e scienza che raccolga opere ispirate ai fenomeni della fisica quantistica o artisti che siano stati influenzati dal fascino della teoria quantistica;


• una serie di exhibit interattivi che possano illustrare, attraverso giochi e attività, alcuni fenomeni e concetti della fisica quantistica;


• un ciclo di incontri con esperti ed esperte di fisica quantistica che possano raccontare al pubblico le sfide attuali e le prospettive future del loro lavoro di ricerca;


• una visita a un laboratorio o un centro di ricerca che si occupa dello sviluppo di scienza e tecnologia quantistica;


• una tavola rotonda a cui partecipano rappresentanti di diverse discipline scientifiche e umanistiche in cui si possano discutere i principi base della teoria quantistica e le loro implicazioni filosofiche;


• la creazione di un podcast o di un altro prodotto di comunicazione che racconti alcuni aspetti particolari della fisica quantistica in un formato leggero e accessibile;

Il coinvolgimento  di discipline diverse (arte, filosofia, diritto, lettere, e altre) permette la realizzazione dell’attività come progetto interdisciplinare.

Al termine, l’attività più interessante o meglio progettata potrà essere effettivamente sottoposta come progetto effettivo per partecipare all’Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica.

 

UNESCO
International Year of Quantum Science and Technology

Pagina per la proposta di un evento effettivo per partecipare alle attività dell’Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica

UNESCO Digital Library
Quantum technologies and their global impact: discussion paper

United Nations General Assembly
Proposal for the International Year of Quantum Science and Technology

Physics World
International Year of Quantum Science and Technology 2025: here's all you need to know

AIF Associazione per l'Insegnamento della Fisica ETS
IYQ2025 Anno Internazionale della Scienza e della Tecnologia Quantistica

Heisenberg, "Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen,’’
Zeitschrift für Physik 33, 879–893 ~1925

 

I principi fisici della teoria dei quanti
Werner Heisenberg
Bollati Boringhieri (2016)
ISBN: 9788833927435

Fisica e oltre
Incontri con i protagonisti 1920-1965
Werner Heisenberg
Bollati Boringhieri (2013)
ISBN: 9788833924168

Trent'anni che sconvolsero la fisica
La storia della teoria dei quanti
George Gamov
Zanichelli (1966)
ISBN: 9788808008244

Helgoland
La straordinaria storia della meccanica quantistica
Carlo Rovelli
Adelphi (2020)
ISBN: 9788845935053

Quanti
La straordinaria storia della meccanica quantistica
Pietro Greco
Carocci (2020)
ISBN: 9788843099566

50 grandi idee
Fisica quantistica
Joanne Baker
Edizioni Dedalo (2014)
ISBN: 9788822068545