Per far si che la Stella rimanga in equilibrio si distinguono due forze
:
- gravità che spinge verso il centro. Ha bisogno di essere contrastata, altrimenti prevalendo sulla massa della stella, genererebbe un buco nero.
- pressione di radiazione che spinge verso l'esterno. E' generata dalla fusione nucleare che, contrastando la gravità e continuando a "consumare" idrogeno, mantiene in equilibrio la stella.
IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG è un concetto cardine della fisica quantistica e rappresenta la radicale differenza tra meccanica classica e meccanica quantistica. In un sistema quanto-meccanico non è possibile ottenere una misurazione contemporanea di due osservabili, o meglio, è possibile misurarne una ma con un incertezza sulla seconda. L'osservatore dovrà scegliere quale osservabile privilegiare e disporre gli strumenti di misura di conseguenza. Tale proprietà non è dovuta, secondo l'interpretazione più accreditata, ad una mancanza di conoscenza del sistema (variabili nascoste), ma è una proprietà intrinseca degli oggetti quantistici che limita la possibilità che i valori di due grandezze siano contemporaneamente ben definiti. Effettuando, per esempio, una misurazione della quantità di moto (velocità) di una particella, avremo incertezza sulla posizione di tale oggetto. Viceversa misurando la sua posizione si avrà incertezza sulla sua quantità di moto. Velocità e posizione sono due grandezze incompatibili in meccanica quantistica, significa che non possono essere contemporaneamente ben definite con arbitraria precisione. In un sistema classico non esistono grandezze incompatibili, ecco che cos'è il principio di indeterminazione!
Nella forma matematica più nota, tale principio viene definito così:
è l'incertezza sulla posizione, 
è l'incertezza sulla quantità di moto e 
è la costante di Planck ridotta. Il prodotto dell'incertezza sulla posizione per l'incertezza sulla velocità è sempre maggiore o uguale alla costante di Planck ridotta fratto due, relazione che esprime la minima indeterminazione sempre presente in un sistema quantistico per la coppia di variabili posizione/quantità di moto[2]. Veniamo quindi all'effetto tunnel che è una diretta conseguenza di questa incertezza.EFFETTO TUNNEL
Nella meccanica classica, la legge di conservazione dell'energia impone che una particella non possa superare un ostacolo se non ha un'energia sufficiente per farlo. Questo corrisponde al fatto intuitivo, ad esempio, che se un proiettile non ha la forza di bucare una parete, non potrà mai essere trovato al di là di quella parete. In meccanica quantistica, invece, una particella ha una probabilità diversa da zero di attraversare spontaneamente una barriera arbitrariamente alta di energia potenziale. Non si tratta del superamento di una vera e propria barriera materiale, come nell'analogia classica, ma di un salto quantico di una particella. Un esempio è un elettrone ad energia cinetica fissata che, nel raggiungere una sottile zona in cui esso dovrebbe essere respinto per via della energia insufficiente, riesce a superarla in una piccola frazione di casi. L'effetto tunnel è una conseguenza diretta del principio di indeterminazione di Heisenberg: se una particella è confinata in uno spazio molto stretto e quindi l'incertezza sulla sua posizione (Δp) è molto piccola, l'incertezza della sua quantità di moto (Δx), la sua velocità, è molto grande ed è possibile che riesca a superare la barriera. Allo stesso risultato arriviamo anche se si prende in considerazione l'indeterminazione energia/tempo: in un intervallo di tempo molto breve (Δt), la fluttuazione energetica della particella (ΔE) può raggiungere livelli tali da permetterle di fuoriuscire.[3]Sebbene l'effetto tunnel sia estremamente contro-intuitivo e possa sembrare per alcuni versi paradossale, esiste un'enorme quantità di prove sperimentali a sostegno della sua reale esistenza, come ad esempio il decadimento radioattivo che si manifesta con la fissione spontanea. Una delle prove più spettacolari, però, ci è fornita dal nostro Sole e dalle stelle in genere: senza l'effetto tunnel, le temperature presenti nei nuclei delle stelle non sarebbero sufficienti a innescare le reazioni nucleari che costituiscono il "motore" di questi corpi celesti. Grazie all'effetto tunnel quantistico, quindi, i nuclei atomici di una stella riescono a vincere la "barriera" costituita dalla forza repulsiva dovuta alle cariche uguali dei nuclei, e riescono quindi a fondersi insieme.
L'effetto tunnel rende anche ragione della radioattività di alcuni elementi: le forze nucleari di un atomo non permettono ai neutroni e ai protoni di allontanarsi da esso, ciò nonostante negli elementi chimici pesanti ed instabili (quali il Radio e l'Uranio) grazie all'effetto tunnel una particella alfa (2 protoni + 2 neutroni, in pratica un nucleo di elio) può lasciarsi alle spalle le barriere di potenziale dell'attrazione nucleare. E' in questo modo che l'uranio diventa radioattivo e si trasforma in piombo. Questa spiegazione è stata formulata nel 1928 dal fisico ucraino George Gamow.
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| Emissione di un nucleo di Elio-4 (particella Alfa) da un atomo radioattivo |
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