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Subject: [Scienza] Fisica atomica e subatomica
Da un po' di tempo mi imbatto in realtà che vanno oltre la mia fantasia, a riprova del fatto che la realtà spesso è più fantastica ed incredibile dell'immaginazione umana.
LA DOPPIA FENDITURA
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█ Sottotitolo: anche gli elettroni piangono.
Wikipedia article
Un interessante esperimento condotto nel 1961 da Claus Jönsson dell'Università di Tubinga (GER) riguarda uno stranissimo fenomeno che interessa il mondo atomico. Ve lo descriverò in modo semplice e riduttivo per rendere il concetto; questo dovrebbe comunque essere sufficiente per risvegliare in voi (a tratti) stupore, meraviglia e incredulità.
ONDE SULLE SPONDE
Osservate l'immagine sottostante.
La figura rappresenta le increspature che si formano da due onde che nascono da punti diversi nello stesso istante e che si propagano in contemporanea. Nella figura è possibile vedere che, nei punti di contatto fra una cresta e un collo di due onde, si ha un annichilimento, ovvero una scomparsa della propagazione ondulatoria. In parole povere, a partire dal punto di contatto di una cresta e di un collo d'onda, l'onda cessa di propagarsi. Le due onde, dunque, interferiscono fra loro producendo un'unica grande onda spezzettata.
Ora, se le onde vanno a sbattere contro una parete posta frontalmente, e immaginando che tale parete si "colori" grazie alle onde che si infrangono contro di essa, il risultato è una linea spezzettata come quella sottostante:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
cioè, la parete si colora (trattini neri) in corrispondenza delle parti dell'onda non spezzettata; rimane non colorata (assenza dei trattini neri) a livello dei punti a partire dai quali è avvenuto l'annichilimento delle onde (in realtà non si ha un perfetto annichilimento, ma l'onda diminuisce notevolmente di intensità, al punto che è possibile considerarla scomparsa). Il disegno prodotto si chiama "banda di interferenza" e si verifica quando gli oggetti in gioco sono corpi con proprietà ondulatorie, come per l'appunto l'acqua immaginata nell'esperimento mentale che vi ho proposto.
L'esperimento mentale delle due onde che partono nello stesso istante è pero, per l'appunto, un esperimento mentale. Per realizzarne uno serio occorre risolvere il problema di generare le due onde esattamente nello stesso istante. Questo si può fare molto semplicemente con una configurazione del genere:
La sorgente indica il punto in cui nasce un'unica onda. Questa si infrange contro la lastra con le fenditure 1 e 2, creando istantaneamente due onde perfettamente coerenti. Ciò che avviene dopo l'ho già spiegato, ma propongo una figura finale per comprendere in un colpo d'occhio quanto appena detto:
Chiudiamo questo "paragrafo" sperando di aver reso quantomeno una pallida idea di cosa succede quando due onde provenienti da due sorgenti coerenti si incontrano.
IL CANNONE DA PING-PONG
Immaginate adesso la stessa identica configurazione:
A differenza del primo esperimento, però, anziché "lanciare" un'onda di acqua contro le fenditure, lanciamo delle palline da ping-pong spalmate di inchiostro; più precisamente, le spariamo contro le fenditure con una forza sufficiente da raggiungere lo schermo posto dall'altro lato qualora le palline dovessero attraversare le fenditure: infatti, non è detto che le palline le attraversino, dato che sono letteralmente sparate come si farebbe con una mitragliatrice.
Cosa si forma sullo schermo?
Si forma questo:
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Non fate caso agli spazietti fra un segmentino verticale e quello sottostante, fate finta che le linee siano contigue. Tali linee rappresentano chiaramente le due fenditure: le palline da ping-pong che sono riuscite a passare attraverso le due fenditure (che abbiamo supposto essere sufficientemente spaziose da consentire tale attraversamento) hanno investito la parete all'altezza delle fenditure, ricreando complessivamente la proiezione delle due fenditure grazie al contributo portato da ogni pallina da ping-pong. Possiamo chiamare questa figura "banda proiettiva", perché proietta esattamente le due fenditure sullo schermo.
Ricapitolando: a parità di configurazione del sistema sperimentale, se è l'acqua ad essere fatta passare fra le due fessure, otteniamo una banda di interferenza; se invece è una raffica di corpi corpuscolari (le palline da ping-pong) ad oltrepassare le due fenditure, il risultato è una banda proiettiva.
IL CANNONE ELETTRONICO
Immaginate adesso che il cannone teorizzato spari, anziché palline, degli elettroni. Ogni elettrone sparato contro la placca a fenditure può naturalmente incontrare la placca e quindi arrestarsi prima di arrivare allo schermo, oppure può intercettare una delle due fenditure oltrepassandole e dunque andandosi a schiantare contro lo schermo dall'altra parte. Immaginate adesso di avviare l'esperimento. Fatto? Ok. Ecco il risultato:
Sorpresi? Vi aspettavate di vedere una banda di proiezione, eh? E invece no. Non preoccupatevi: i fisici che fecero questo esperimento rimasero più sconcertati di voi.
Tuttavia, prima di trarre conclusioni, gli sperimentatori vollero assicurarsi che quell'effetto non fosse causato da impreviste collisioni fra elettroni "in volo". Per eliminare questo dubbio, gli sperimentatori diminuirono la raffica elettronica fino a sparare un elettrone alla volta. Anche in questo caso, il risultato finale fu una banda di interferenza.
I fisici vollero vederci chiaro in questa faccenda e allora decisero di porre uno strumento osservatore per "filmare" ciò che avveniva durante il passaggio di un singolo elettrone. Non vi dico subito cosa scoprirono ma... ecco la banda risultante:
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Già: una banda di proiezione!
Ebbene: il solo atto di aggiungere un osservatore al sistema aveva modificato il comportamento di ogni singolo elettrone. Era come se l'elettrone "sapesse" di essere osservato e, di conseguenza, decidesse di cambiare il suo comportamento in funzione di tale osservazione.
CONCLUSIONI
Le particelle di materia elementare hanno un comportamento dualistico: esse si comportano come onde o come corpuscolo a seconda del contesto fisico in cui si trovano. Tali fenomeni, in apparenza contraddittori, sono stati spiegati mediante la Teoria della Meccanica Quantistica, che spiega come il dualismo onda-corpuscolo sia in realtà una caratteristica intrinseca dalla materia addirittura anche a livello molecolare. Tuttavia, non so se è anche descritto come un elettrone realizzi fisicamente tali comportamenti, ovvero se si trasformi effettivamente da onda a corpuscolo e viceversa oppure se in realtà tali comportamenti siano aspetti di uno stesso stato immutabile della materia elementare.
Fatto è che il principio di indeterminazione di Heisenberg continua ancora a sussistere. Esso afferma che non è possibile, per una particella elementare, conoscere contemporaneamente posizione e velocità: o se ne conosce la posizione nello spazio oppure la velocità; non tutt'e due.
La comunicazione di questo principio all'indirizzo di A. Einstein, il quale (come si sa) era un convinto determinista, fu la causa scatenante della sua frase divenuta celebre: "Dio non gioca a dadi con il mondo!".
Per concludere: quanto appena raccontato è il sunto di una esperienza ai limiti dell'immaginabile, dove l'intuito perde e l'assurdo ha la meglio; il mondo subatomico è un mondo in cui non è possibile descrivere con determinazione anche la semplice posizione di un elettrone, se si pretende di conoscere anche la sua velocità: se ne può solo dare la probabilità che occupi una certa posizione. E, come se non bastasse, l'elettrone "sceglie" di comportarsi alternativamente come un corpuscolo e come un'onda semplicemente sulla base della presenza di "guardoni" che si fanno i fatti suoi. Se non fosse ancora chiara l'assurdità della cosa, è come se il singolo elettrone attraversasse contemporaneamente le due fenditure, una cosa che una particella corpuscolare non può chiaramente fare, a patto di spezzarsi a metà, cosa che non può avvenire con il semplice lancio della particella, come avvenuto per l'elettrone.
Insomma, se un domani avrete dei figli ai quali raccontare delle favole, potreste iniziare dicendo:
"C'era una volta un elettrone che si sdoppiava e si trasformava in un'onda e poi in un corpuscolo..."
L'unica vera bugia sarà quindi affermare che si tratta di una favola :-)
(edited)
(edited)
LA DOPPIA FENDITURA
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█ Sottotitolo: anche gli elettroni piangono.
Wikipedia article
Un interessante esperimento condotto nel 1961 da Claus Jönsson dell'Università di Tubinga (GER) riguarda uno stranissimo fenomeno che interessa il mondo atomico. Ve lo descriverò in modo semplice e riduttivo per rendere il concetto; questo dovrebbe comunque essere sufficiente per risvegliare in voi (a tratti) stupore, meraviglia e incredulità.
ONDE SULLE SPONDE
Osservate l'immagine sottostante.
La figura rappresenta le increspature che si formano da due onde che nascono da punti diversi nello stesso istante e che si propagano in contemporanea. Nella figura è possibile vedere che, nei punti di contatto fra una cresta e un collo di due onde, si ha un annichilimento, ovvero una scomparsa della propagazione ondulatoria. In parole povere, a partire dal punto di contatto di una cresta e di un collo d'onda, l'onda cessa di propagarsi. Le due onde, dunque, interferiscono fra loro producendo un'unica grande onda spezzettata.
Ora, se le onde vanno a sbattere contro una parete posta frontalmente, e immaginando che tale parete si "colori" grazie alle onde che si infrangono contro di essa, il risultato è una linea spezzettata come quella sottostante:
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cioè, la parete si colora (trattini neri) in corrispondenza delle parti dell'onda non spezzettata; rimane non colorata (assenza dei trattini neri) a livello dei punti a partire dai quali è avvenuto l'annichilimento delle onde (in realtà non si ha un perfetto annichilimento, ma l'onda diminuisce notevolmente di intensità, al punto che è possibile considerarla scomparsa). Il disegno prodotto si chiama "banda di interferenza" e si verifica quando gli oggetti in gioco sono corpi con proprietà ondulatorie, come per l'appunto l'acqua immaginata nell'esperimento mentale che vi ho proposto.
L'esperimento mentale delle due onde che partono nello stesso istante è pero, per l'appunto, un esperimento mentale. Per realizzarne uno serio occorre risolvere il problema di generare le due onde esattamente nello stesso istante. Questo si può fare molto semplicemente con una configurazione del genere:
La sorgente indica il punto in cui nasce un'unica onda. Questa si infrange contro la lastra con le fenditure 1 e 2, creando istantaneamente due onde perfettamente coerenti. Ciò che avviene dopo l'ho già spiegato, ma propongo una figura finale per comprendere in un colpo d'occhio quanto appena detto:
Chiudiamo questo "paragrafo" sperando di aver reso quantomeno una pallida idea di cosa succede quando due onde provenienti da due sorgenti coerenti si incontrano.
IL CANNONE DA PING-PONG
Immaginate adesso la stessa identica configurazione:
A differenza del primo esperimento, però, anziché "lanciare" un'onda di acqua contro le fenditure, lanciamo delle palline da ping-pong spalmate di inchiostro; più precisamente, le spariamo contro le fenditure con una forza sufficiente da raggiungere lo schermo posto dall'altro lato qualora le palline dovessero attraversare le fenditure: infatti, non è detto che le palline le attraversino, dato che sono letteralmente sparate come si farebbe con una mitragliatrice.
Cosa si forma sullo schermo?
Si forma questo:
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Non fate caso agli spazietti fra un segmentino verticale e quello sottostante, fate finta che le linee siano contigue. Tali linee rappresentano chiaramente le due fenditure: le palline da ping-pong che sono riuscite a passare attraverso le due fenditure (che abbiamo supposto essere sufficientemente spaziose da consentire tale attraversamento) hanno investito la parete all'altezza delle fenditure, ricreando complessivamente la proiezione delle due fenditure grazie al contributo portato da ogni pallina da ping-pong. Possiamo chiamare questa figura "banda proiettiva", perché proietta esattamente le due fenditure sullo schermo.
Ricapitolando: a parità di configurazione del sistema sperimentale, se è l'acqua ad essere fatta passare fra le due fessure, otteniamo una banda di interferenza; se invece è una raffica di corpi corpuscolari (le palline da ping-pong) ad oltrepassare le due fenditure, il risultato è una banda proiettiva.
IL CANNONE ELETTRONICO
Immaginate adesso che il cannone teorizzato spari, anziché palline, degli elettroni. Ogni elettrone sparato contro la placca a fenditure può naturalmente incontrare la placca e quindi arrestarsi prima di arrivare allo schermo, oppure può intercettare una delle due fenditure oltrepassandole e dunque andandosi a schiantare contro lo schermo dall'altra parte. Immaginate adesso di avviare l'esperimento. Fatto? Ok. Ecco il risultato:
Sorpresi? Vi aspettavate di vedere una banda di proiezione, eh? E invece no. Non preoccupatevi: i fisici che fecero questo esperimento rimasero più sconcertati di voi.
Tuttavia, prima di trarre conclusioni, gli sperimentatori vollero assicurarsi che quell'effetto non fosse causato da impreviste collisioni fra elettroni "in volo". Per eliminare questo dubbio, gli sperimentatori diminuirono la raffica elettronica fino a sparare un elettrone alla volta. Anche in questo caso, il risultato finale fu una banda di interferenza.
I fisici vollero vederci chiaro in questa faccenda e allora decisero di porre uno strumento osservatore per "filmare" ciò che avveniva durante il passaggio di un singolo elettrone. Non vi dico subito cosa scoprirono ma... ecco la banda risultante:
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Ebbene: il solo atto di aggiungere un osservatore al sistema aveva modificato il comportamento di ogni singolo elettrone. Era come se l'elettrone "sapesse" di essere osservato e, di conseguenza, decidesse di cambiare il suo comportamento in funzione di tale osservazione.
CONCLUSIONI
Le particelle di materia elementare hanno un comportamento dualistico: esse si comportano come onde o come corpuscolo a seconda del contesto fisico in cui si trovano. Tali fenomeni, in apparenza contraddittori, sono stati spiegati mediante la Teoria della Meccanica Quantistica, che spiega come il dualismo onda-corpuscolo sia in realtà una caratteristica intrinseca dalla materia addirittura anche a livello molecolare. Tuttavia, non so se è anche descritto come un elettrone realizzi fisicamente tali comportamenti, ovvero se si trasformi effettivamente da onda a corpuscolo e viceversa oppure se in realtà tali comportamenti siano aspetti di uno stesso stato immutabile della materia elementare.
Fatto è che il principio di indeterminazione di Heisenberg continua ancora a sussistere. Esso afferma che non è possibile, per una particella elementare, conoscere contemporaneamente posizione e velocità: o se ne conosce la posizione nello spazio oppure la velocità; non tutt'e due.
La comunicazione di questo principio all'indirizzo di A. Einstein, il quale (come si sa) era un convinto determinista, fu la causa scatenante della sua frase divenuta celebre: "Dio non gioca a dadi con il mondo!".
Per concludere: quanto appena raccontato è il sunto di una esperienza ai limiti dell'immaginabile, dove l'intuito perde e l'assurdo ha la meglio; il mondo subatomico è un mondo in cui non è possibile descrivere con determinazione anche la semplice posizione di un elettrone, se si pretende di conoscere anche la sua velocità: se ne può solo dare la probabilità che occupi una certa posizione. E, come se non bastasse, l'elettrone "sceglie" di comportarsi alternativamente come un corpuscolo e come un'onda semplicemente sulla base della presenza di "guardoni" che si fanno i fatti suoi. Se non fosse ancora chiara l'assurdità della cosa, è come se il singolo elettrone attraversasse contemporaneamente le due fenditure, una cosa che una particella corpuscolare non può chiaramente fare, a patto di spezzarsi a metà, cosa che non può avvenire con il semplice lancio della particella, come avvenuto per l'elettrone.
Insomma, se un domani avrete dei figli ai quali raccontare delle favole, potreste iniziare dicendo:
"C'era una volta un elettrone che si sdoppiava e si trasformava in un'onda e poi in un corpuscolo..."
L'unica vera bugia sarà quindi affermare che si tratta di una favola :-)
(edited)
(edited)
Teoria della Meccanica Quantistica
sì sì sì, parliamo di questo ;->
se per favore riduci orizzontalmente il messaggio di prima, tu fare a me grosso favore ;->
sì sì sì, parliamo di questo ;->
se per favore riduci orizzontalmente il messaggio di prima, tu fare a me grosso favore ;->
tu fare a me grosso favore
Io no capire amigo, tu spiegare meglio.
Io no capire amigo, tu spiegare meglio.
Sto preparando delle dispense di studio per un esame di Elettromagnetismo. Sono delle dispense riassuntive che discutono i principi della Meccanica, per poi sintetizzare i principi base dell'Elettromagnetismo.
Se siete interessati, perché anche voi avete un esame, perché volete ripassarne gli argomenti o se siete semplicemente curiosi, posso postarli qui man mano che li vado scrivendo. Suggerirei anche questo documento per chi è interessato.
Ho anche creato diversi prontuari misti di principi matematici e fisici, utile per chi deve sostenere esami scritti. Se mi date risposta affermativa posto tutto.
(edited)
Se siete interessati, perché anche voi avete un esame, perché volete ripassarne gli argomenti o se siete semplicemente curiosi, posso postarli qui man mano che li vado scrivendo. Suggerirei anche questo documento per chi è interessato.
Ho anche creato diversi prontuari misti di principi matematici e fisici, utile per chi deve sostenere esami scritti. Se mi date risposta affermativa posto tutto.
(edited)
Posta.. sono 6 anni che sono a digiuno di ste cose ;)
parli di roba tipo Gauss o tipo esperimento di Frick e Cole?
parli di roba tipo Gauss o tipo esperimento di Frick e Cole?
Da Coulomb fino alle quattro stupende equazioni di Maxwell, passando per l'esperimento di Millikan, poi per quello della doppia fenditura (già descritto comunque), la gabbia di Faraday e così via.
Da Coulomb fino alle quattro stupende equazioni di Maxwell, passando per l'esperimento di Millikan, poi per quello della doppia fenditura (già descritto comunque), la gabbia di Faraday e così via.
azz,non ho mai odiato nulla più di queste cose in 5 anni di liceo O:
bel 3d. grazie ericina da parte di un ignorante in materia.
Ok.
Domani = Etnaland
Domani sera vedrò cosa posso postare :-)
Domani = Etnaland
Domani sera vedrò cosa posso postare :-)
bel 3d. grazie ericina da parte di un ignorante in materia.
Figurati, non c'è di che ;-)
Ubuntu tutta la vita :-)
Figurati, non c'è di che ;-)
Ubuntu tutta la vita :-)
Ok.
Domani = Etnaland
Domani sera vedrò cosa posso postare :-)
Io non dimentica! :P
se ne sa niente alla fine?
non che voglia sembrare pressante, ma ero molto affascinato dall'argomento e mi interessava saperne di più, grazie :)
Domani = Etnaland
Domani sera vedrò cosa posso postare :-)
Io non dimentica! :P
se ne sa niente alla fine?
non che voglia sembrare pressante, ma ero molto affascinato dall'argomento e mi interessava saperne di più, grazie :)
Ops...
pardon! In questi giorni sono in vacanza a Trapani e ho completamente dimenticato. D'altra parte l'idea era mia quindi sono in debito comunque. Appena ho due minuti faccio i pdf delle versioni attuali degli scritti.
Sorry :-)
pardon! In questi giorni sono in vacanza a Trapani e ho completamente dimenticato. D'altra parte l'idea era mia quindi sono in debito comunque. Appena ho due minuti faccio i pdf delle versioni attuali degli scritti.
Sorry :-)