Una Teoria Quantistica è una descrizione scientifica della natura fisica che si applica al mondo microscopico, come particelle subatomiche (elettroni, protoni, fotoni, ecc.), e spiega i fenomeni che non possono essere compresi attraverso la fisica classica (che funziona bene solo per oggetti grandi, come le cose di uso comune, ma anche i pianeti dell’universo).

Le caratteristiche principali di una teoria quantistica sono:

1. Quantizzazione dell’energia
   In meccanica quantistica, l’energia non è continua, ma esiste in quantità discrete chiamate quanti. Ad esempio, l’energia di un elettrone in un atomo non può assumere qualsiasi valore, ma solo certi valori discreti.
2. Dualismo onda-particella
   Secondo la teoria quantistica, le particelle microscopiche, come gli elettroni e i fotoni, possono comportarsi sia come particelle sia come onde, a seconda dell’esperimento. Questo è il famoso principio di dualità.
   Ad esempio, un fotone (la particella della luce) può comportarsi come un’onda in un esperimento di interferenza, ma come una particella quando viene rilevato da un sensore.
3. Principio di indeterminazione di Heisenberg
   Questo principio stabilisce che non possiamo conoscere contemporaneamente con precisione assoluta certe coppie di proprietà di una particella, come la sua posizione e la sua quantità di moto (momento). Più precisamente conosciamo una proprietà, meno precisamente possiamo conoscere l’altra.
   Questo introduce l’idea che ci sia una indeterminazione fondamentale nel comportamento delle particelle subatomiche.
4. Funzione d’onda e probabilità
   Nella meccanica quantistica, lo stato di una particella è descritto da una funzione d’onda, che contiene tutte le informazioni possibili su quella particella. Tuttavia, la funzione d’onda non dà informazioni certe su dove si trovi una particella o quale sia la sua velocità, ma solo una probabilità.
   Fino a quando non viene effettuata una misurazione, la particella si trova in una sovrapposizione di stati possibili, una situazione descritta dal famoso esperimento mentale del gatto di Schrödinger.
5. Entanglement quantistico
   È un fenomeno in cui due o più particelle diventano interconnesse in modo tale che lo stato di una particella influisce immediatamente sullo stato dell’altra, anche se si trovano a distanze enormi. Questo comportamento fu descritto da Einstein come “azione spettrale a distanza”, e oggi è alla base di applicazioni come la crittografia quantistica e il teletrasporto quantistico (non di oggetti, ma di informazioni).
6. Superposizione
   Una particella può esistere in più stati contemporaneamente fino a quando non viene misurata. Ad esempio, un elettrone può essere in due posti diversi contemporaneamente, secondo la meccanica quantistica. Questo fenomeno di sovrapposizione di stati si risolve quando si compie una misurazione, fenomeno chiamato collasso della funzione d’onda.

Esempi di teorie quantistiche:

• Meccanica quantistica
  È il fondamento della fisica quantistica, che descrive le leggi che governano il mondo microscopico delle particelle subatomiche.
• Elettrodinamica quantistica (QED)
  È la teoria quantistica che descrive come le particelle cariche, come gli elettroni, interagiscono attraverso l’elettromagnetismo. Una delle teorie più precise mai formulate.
• Teoria quantistica dei campi (QFT)
  È un’estensione della meccanica quantistica che descrive come le particelle interagiscono attraverso campi quantistici, ed è usata per descrivere fenomeni come la creazione e l’annichilazione di particelle.
• Teoria della gravità quantistica
  È un campo attualmente in fase di sviluppo (pioniere è il fisico italiano Carlo Rovelli) che tenta di unificare la gravità, descritta dalla relatività generale, con le leggi della meccanica quantistica.

Una teoria quantistica è quindi un approccio scientifico che descrive la natura a scale molto piccole, come gli atomi e le particelle subatomiche, dove le leggi della fisica classica non sono più applicabili.

Le sue caratteristiche principali includono il dualismo onda-particella, il principio di indeterminazione ed il concetto, molto rivoluzionario, per il quale i fenomeni fisici hanno natura probabilistica, non deterministica.

Dall’incompatibilità della meccanica quantistica con la teoria della relatività generale (formulata da Einstein) nasce l’esigenza di scoprire una “Teoria del tutto” che metta d’accordo i due modelli.