La Natura Luminosa della Materia

In senso più generale, un'energia $E$ in un sistema di riferimento, allora in questo sistema di riferimento esiste un fenomeno periodico di frequenza $\nu$, che è definito attraverso la famosa relazione di de Broglie: $E = h\nu$. La relazione di de Broglie, unita alla precedente di Einstein, diventa esplicita per ciascuna particella di massa $m$, i.e. $\nu = \frac{mc^2}{h}$, dove $h$ è la costante di Planck e $c$ quella della velocità della luce. È importante sottolineare che anche il comportamento ondulatorio della materia è stato ripetutamente ed estensivamente osservato negli elettroni, nei neutroni, negli atomi, e persino in oggetti macroscopici come le molecole a icosaedro tronco del Fullarene C₆₀.

Cos'è l'elettrone?

L'analogia fra luce e materia fu compresa e studiata già da Hamilton nella prima metà del XIX secolo. Per l'analogia di Hamilton una particella immersa in un potenziale, si comporta come un raggio di luce in un mezzo rifrangente. Così ad ogni sistema fisico sono associati sempre due modelli matematici: uno meccanico fatto di masse in reciproca interazione con un potenziale; uno ottico, fatto da campi di luce, che si forniscono reciprocamente una rifrazione. I due modelli sono in una stretta relazione o corrispondenza fra di loro visto che il sistema meccanico descrive il movimento del centro di energia del sistema luminoso.

Questa analogia, che rappresenta una corrispondenza dinamica fra luce e materia, fu presa ed estesa da Schrödinger e Sallhofer per spiegare la natura luminosa dell'elettrone. È, infatti, facile mostrare che l'equazione di Schrödinger che regola l'evoluzione temporale dell'elettrone non è altro che un caso speciale dell'equazione d'onda per la propagazione della luce. La materia è luce stazionaria.

Questa affermazione trova una sua ulteriore conferma nella suggestiva analogia suggerita dalla ben nota corrispondenza di Maxwell-Dirac per la quale le equazioni per la propagazione della luce, ovvero dell'elettrodinamica di Maxwell $\mathbf{M}$, sono equivalenti all'equazioni relativistiche del moto degli elettroni, ovvero all'equazioni di Dirac $\mathbf{D}$, se moltiplicate per le matrici di Pauli $\boldsymbol{\sigma}$, i.e. $\boldsymbol{\sigma}\mathbf{M} = \mathbf{D}$. Fuori dalle derivazioni teoriche è comunque un fatto sperimentalmente osservato la possibilità di produrre coppie di elettroni e positroni a partire dall'emissione di raggi luminosi di alta energia. È questo sufficiente per postulare una origine luminosa della materia?

Perché è dura la materia?

Le onde luminose possono interpenetrarsi, sovrapporsi e mescolarsi generando una meravigliosa varietà di giochi cromatici. Viceversa, gli oggetti materiali sono impenetrabili gli uni con gli altri e non possono occupare lo stesso spazio al medesimo tempo. Se la luce e la materia sono due forme della stessa energia, la loro principale distinzione non consiste nella loro reazione ai campi gravitazionali, ovvero nella loro capacità di esprimere un peso, ma nella diversa reazione alla mutua compenetrazione. La materia è soggetta alla legge di impenetrabilità mentre per la luce vale il principio di sovrapposizione.

La materia è una forma di energia radiante circoscritta di modo tale da essere impenetrabile. In termini della Fisica contemporanea, si dice che per le particelle materiali o fermioni, quali i quark e l'elettrone, è valido il principio di esclusione di Pauli. Tale principio è valido quando l'influsso della particella si estende in modo inestricabile in una direzione ortogonale alle tre dimensioni della nostra realtà visibile coinvolgendone inevitabilmente una quarta.

Un elettrone e, più in generale, tutti i fermioni si estendono in una dimensione ortogonale a quella in cui viviamo e sono connessi estensivamente e non localmente con altre realtà e particelle tridimensionalmente distanti da loro.