la fisica meccanica e la fisica quantistica

eccomi qui

oggi vi parlo della storia della fisica meccanica e della fisica quantistica

"LA FISICA MECCANICA"

FISICA DELLA COSCIENZA

MQ1 "NASCITA DELLA MECCANICA QUANTISTICA"

la fisica dei quanti è definita, più propriamente, meccanica quantistica, poiché rappresenta l'evoluzione della meccanica classica newtoniana, nata per studiare il moto dei corpi. la meccanica classica descriveva molto bene il comportamento dei fenomeni di movimento osservabili nella vita quotidiana, ma risultava del tutto inadeguata a comprendere l'azione delle forze a livello atomico e subatomico, ad esempio non spiega come mai l'elettrone, ruotando attorno al nucleo, non perda progressivamente energia e non finisca per collassare sul nucleo stesso.

questo ed altri quesiti rimanevano insoluti ai fisici della fine dell'800, che dovettero iniziare così a formulare nuove ipotesi che portarono, gradualmente, alla scoperta della meccanica quantistica.

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una rappresentazione simbolica di un atomo descritto secondo i principi di indeterminazione della meccanica quantistica.

mano a mano che la fisica dei quanti prendeva campo si assisteva alla scoperta di proprietà apparentemente illogiche della materia e dell'energia, completamente diverse dalle esperienze sensoriali di tutti i giorni (ad es. l'inesistenza di una realtà obiettiva, un'intrinseca indefinibilità di alcuni parametri nello studio dell'infinitamente piccolo, la comunicazione istantanea a distanza tra particelle, la possibilità della nascita dal nulla della materia, ecc…). la meccanica quantistica risultava, quindi, completamente controintuitiva ed è per questo che vari scienziati che hanno contribuito a definirla (tra cui planck, einstein e S

schrödinger) ne hanno poi preso le distanze.

"la più strana esperienza di quegli anni fu che i paradossi della teoria quantistica non sparirono durante il processo di chiarificazione; al contrario, essi divennero ancora più marcati e più eccitanti." werner karl heisenberg

le orbite degli elettroni non possono più essere definite con precisione!! la fisica quantistica ci apre ad una nuova visione della realtà; descrivendo i sistemi fisici tramite una sovrapposizione di stati che hanno più o meno probabilità di manifestarsi, elimina il determinismo della fisica newtoniana e ci introduce nella “tana del bianconiglio”, cioè in un nuovo ed affascinante territorio le cui potenzialità sono ancora da esplorare!!

secondo le leggi classiche dell'elettrodinamica ogni carica che si muove di moto non uniforme irradia onde elettromagnetiche a spese della propria energia di moto; di conseguenza un elettrone che si muove nella sua orbita atomica dovrebbe cadere sul nucleo in pochissimo tempo.

IL TEMPO DEL CORPO NERO

tra i problemi rimasti insoluti ai fisici della fine dell'800 c'era anche il problema del corpo nero e sarebbe stato lui a dare il via alla straordinaria rivoluzione concettuale della quantistica.

che cos'è un corpo nero?? e' un oggetto ideale, infatti un corpo nero perfetto non esiste in natura la cui caratteristica fondamentale è quella di assorbire tutta la radiazione elettromagnetica in arrivo su di lui (ad es. la radiazione infrarossa, la luce visibile, la radiazione ultravioletta, ecc...). il corpo nero è un perfetto assorbitore ed è chiamato così proprio perchè quando un oggetto assorbe tutta la radiazione visibile assume un colore nero (al contrario quando la riflette tutta assume il colore bianco).

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lo spettro delle frequenze elettromagnetiche, con evidenziata la porzione della luce visibile.

ogni oggetto se riscaldato emette delle onde elettromagnetiche, non emetterebbe più alcuna radiazione solo se lo si portasse il più vicino possibile allo zero assoluto (-273,15 °C).

un oggetto a temperature ordinarie che emette calore, ad es. il corpo umano con i suoi 36,5 °C circa, sta emettendo una radiazione principalmente sotto forma di raggi infrarossi. mano a mano che un corpo viene riscaldato comincia ad avere dei picchi di emissione nell'ambito delle frequenze elettromagnetiche della luce visibile ed è per questo che prima diventa rosso, poi arancio, giallo, ecc.. (si ha il "calor bianco" e la luce si vede bianca quando si raggiungono i 1200 °C). da questo si deduce che il nome "corpo nero" è un termine tecnico che deriva solo dalla caratteristica di avere una completa assenza di riflessione, ma in realtà quando si scalda il suo colore può cambiare in base della temperatura che raggiunge.

LO SPETTRO DI EMISSIONE

torniamo adesso al nostro corpo nero ideale. non riflettendo nessuna parte della radiazione incidente, le frequenze che emette dipendono solo dalla sua temperatura (non dalla forma o dal materiale di cui è fatto) e possono essere tracciate delle curve che studiano l'intensità della radiazione emessa ad ogni frequenza (ad es. quanta energia infrarossa emette, cioè a bassa frequenza?? quanta luce visibile rossa, arancione, gialla, ecc…?? quanto ultravioletto, cioè ad alta frequenza??), in base alla variazione della temperatura.

il problema sorgeva proprio qua... quando si confrontavano i grafici ideali dell'emissione elettromagnetica di un corpo nero con quelli sperimentali (ciò che più si approssima ad un corpo nero ideale è una struttura nera e cava che non permette alla radiazione di uscire) c'era una netta discrepanza. la curva teorizzata dalle leggi dell'elettromagnetismo classico (studiata da rayleigh jeans) era congruente con gli esperimenti solo alle basse frequenze, ma alle alte frequenze differiva sempre di più; in teoria il valore doveva subire un'impennata ed in pratica tornava verso lo zero!! questa incongruenza era conosciuta come "catastrofe ultravioletta".

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in nero i dati sperimentali e in rosso la curva teorica.

la soluzione di planck La soluzione del problema del corpo nero venne presentata da max planck il 14 dicembre 1900 e questa data è convenzionalmente considerata la data di nascita della meccanica quantistica. planck risolse il problema con un un artificio matematico: ipotizzò che gli scambi di energia tra gli atomi di un corpo qualsiasi e la radiazione elettromagnetica avvenissero attraverso quantità discrete e non tramite un flusso continuo, come previsto dalla teoria classica.

queste quantità discrete furono da lui stesso definte quanti (dal latino "quantum" porzione discreta, appunto). planck, in pratica, considerò gli atomi che emettevano energia come dei piccoli oggetti oscillanti e ipotizzò che l'energia emessa non poteva essere arbitraria, ma doveva essere proporzionale alla frequenza di oscillazione. più specificatamente i piccoli "pacchetti" di energia emessi (E) dovevano essere multipli della frequenza (ν, che si legge "ni") per una certa costante, oggi nota come costante di planck (h = 6.63x10-34 joule per secondo).

E = hv ( energia = costante di planck x frequenza)

rifacendo tutti i calcoli considerando la quantizzazione degli scambi energetici, la curva teorica veniva finalmente a coincidere con quella reale!!

planck, in effetti, riteneva di aver soltanto giocato un po' con la matematica e la soluzione non lo convinceva del tutto, riteneva infatti che in futuro altri fisici avrebbero risolto la questione in modo migliore. nel tempo si dissociò dalla teoria quantistica, in quanto non fu in grado di accettare la rivoluzione concettuale che stava apportando.

quando fu chiesto a planck in che modo gli fosse venuta in mente la stravagante idea di quantizzare l'energia, lui rispose: "fu per disperazione. per sei anni avevo lottato con la teoria dei corpi neri. sapevo che si trattava di un problema fondamentale e conoscevo la risposta. dovevo a tutti i costi trovare una giustificazione teorica" ( citato da d. cassidy in "einstein and our world" )

RICAPITOLANDO...

verso la fine dell'800 lo studio dell'emissione elettromagnetica dei corpi aveva rivelato un'incongruenza tra i risultati sperimentali ed i risultati che ci si sarebbe aspettati secondo la teoria classica. il problema sembrava non avere soluzione. planck cerca di risolverlo adattando le formule matematiche ed inserendo il concetto che lo scambio di energia potesse avvenire a pacchetti e non in modo continuo. questa era un'idea strana e innovativa, non c'era alcuna ragione di pensare che l'energia non fosse un flusso continuo, però di fatto risolveva il problema e le curve teoriche e sperimentali coincidevano. l'idea dei quanti, come li chiamò planck, inizia a farsi strada!!

IL CONTINUO E IL DISCRETO

per comprendere più a fondo l’idea dei quanti, cerchiamo adesso di definire meglio cosa sia una quantità continua e cosa sia una quantità discreta.

una grandezza è continua quando può essere espressa da un numero reale, in pratica da un qualsiasi valore numerico. ad esempio su una retta noi possiamo disegnare un punto in una qualunque posizione e questo rappresenta un insieme di valori continui. esempi di numeri reali (ovviamente gli esempi potrebbero essere infiniti):

0… 0,001… 0,1… 0,2… 0,45… 1… 1,2345… 2… 2,0003… 2,01… 2,5867… 3… 3,11111118765...

una grandezza è discreta quando può essere espressa solo tramite un numero intero. in questo caso le nostre possibilità sono minori. nel caso della retta è come se fossero presenti delle tacche e potessimo soffermarci solo su queste tacche. esempi di numeri interi:

0 - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10

per fare un esempio ancora più semplice immaginiamo di ricevere, tutte le mattine, del latte da un commesso…

potremmo disporre in modo continuo del latte solo se questo commesso avesse un rubinetto da cui farlo sgorgare. in tal caso noi potremmo prenderne una quantità a completo piacimento.

se invece il commesso avesse esclusivamente latte confezionato, noi potremmo decidere se prenderne 1, 2, 3 o più litri, ma non potremmo mai farcene consegnare un litro e ½ o due litri e ¾. in questa seconda ipotesi noi disporremmo del latte solo in modo discreto, quantizzato.

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differenza tra una quantità discreta ed una quantità continua: della seconda ne possiamo usufruire a piacimento, della prima siamo limitati alle grandezze disponibili.

la fonte = https://www.scienzenoetiche.it/synthesis/fisica_quantistica/01_nascita_meccanica_quantistica.php

"LA FISICA QUANTISTICA"

LA FISICA QUANTISTICA SPIEGATA IN MODO SEMPLICE PARTE 1

che cos'è la fisica quantistica?? è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni. scopri in questo interessante articolo tutto quello che non sapevi sulla fisica quantistica

la fisica quantistica è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni viste sia come fenomeni ondulatori sia come fenomeni particellari (dualismo onda-particella), a differenza della fisica classica o newtoniana, basata sulle teorie di isaac newton, che vede per esempio la luce solo come onda e l’elettrone solo come particella.

IL DUALISMO ONDA PARTICELLA

il dualismo onda particella è la principale causa della messa in discussione di tutte le teorie della fisica classica sviluppate fino al XIX secolo. questa teoria si può applicare anche alla luce, infatti young per dimostrare che la luce si propagava per onde propose un esperimento: un fascio di raggi luminosi colpiva uno schermo in cui erano presenti due fori, o fenditure, molto piccoli, che diventavano due sorgenti omogenee. a questo punto mise uno schermo che raccoglieva la luce proveniente dai due fori e vide nettamente delle frange chiare e scure, molto simili alle onde del mare provenienti da due sorgenti diverse.

questo fenomeno non si può spiegare con la teoria corpuscolare, ma con la teoria ondulatoria. due onde della stessa ampiezza possono essere in fase e, se interferiscono, originano un'onda sinusoidale che è somma delle sue sinusoidi componenti; possono però essere in controfase e, se interferiscono, originano un'onda nulla. questo esperimento è molto importante perché verrà ripreso in seguito da richard feynman.

intanto nel 1803 gli atomi erano considerati i costituenti fondamentali della materia. nel 1874 g. stoney scoprì l’elettrone e poi rutherford il nucleo atomico, caricato positivamente, circondato da elettroni carichi negativamente come il sole in mezzo ai pianeti del sistema solare. però seguendo la teoria elettromagnetica di maxwell sulle cariche in moto accelerato, si giunse alla conclusione che l’atomo avrebbe dovuto collassare, invece la materia che osserviamo continuamente è stabile. a cavallo tra il XIX e il XX secolo lo studio dell’effetto fotoelettrico mise in discussione la completezza della meccanica classica, suggerendo che la radiazione elettromagnetica avesse il duplice comportamento ondulatorio e corpuscolare durante l’interazione con la materia.

L'EFFETTO FOTOELETTRICO

infatti in certe situazioni, come messo in evidenza nel 1905 da einstein con l'ipotesi del fotone nell'effetto fotoelettrico, la luce si comportava decisamente come composta da particelle. l’effetto fotoelettrico è il fenomeno che si manifesta con l'emissione di particelle elettricamente cariche da parte di un corpo esposto a onde luminose o a radiazioni elettromagnetiche di varia frequenza: gli elettroni vengono emessi dalla superficie di un conduttore metallico (o da un gas) in seguito all'assorbimento dell'energia trasportata dalla luce incidente sulla superficie stessa. come diceva planck la radiazione luminosa di frequenza ν è composta da particelle corpuscolari (fotoni) di energia E = h ν (h è la costante di planck). per riuscire a strappare un elettrone a una superficie metallica, l’energia del fotone deve essere più grande dell’energia di legame dell’elettrone nel metallo (W). inserendo ora un amperometro fra anodo e catodo si misura così un passaggio di corrente. se invece l’energia del fotone è inferiore a W non si ha effetto fotoelettrico, e l’amperometro non registra passaggio di corrente. la teoria ondulatoria classica prevedeva però che, all'aumentare dell'intensità della luce incidente, aumentasse l'energia degli elettroni emessi.

nel 1902, il fisico tedesco philipp lenard mostrò invece che l'energia dei fotoelettroni non dipendeva dall’intensità di illuminazione, ma dalla frequenza (o dalla lunghezza d'onda) della radiazione incidente. l’intensità della radiazione determinava invece l’intensità della corrente, cioè il numero di elettroni strappati alla superficie metallica. il risultato sperimentale era inspiegabile pensando che la natura della luce fosse solo ondulatoria. nel 1905

albert einstein spiegò l'effetto fotoelettrico con l'ipotesi che i raggi luminosi trasportassero particelle, chiamate fotoni, la cui energia è direttamente proporzionale alla frequenza dell’onda corrispondente: incidendo sulla superficie di un corpo metallico, i fotoni cedono parte della loro energia agli elettroni liberi del conduttore, provocandone l'emissione. allora l'energia dell'elettrone liberato dipende solo dall'energia del fotone, mentre l’intensità della radiazione è direttamente correlata al numero di fotoni trasportati dall’onda, e dunque può influire sul numero di elettroni estratti dal metallo, ma non sulla loro energia. era difficile credere che la luce presentasse una specie di dualismo, apparendo come onda o come particella a seconda degli esperimenti. de broglie nel 1924 ipotizzò che tutta la materia manifestasse lo stesso dualismo.

L'ESPERIMENTO DELLA DOPPIA FENDITURA

nel 1927 davisson e germer ebbero la prova sperimentale di tale comportamento: osservarono figure di diffrazione facendo attraversare un cristallo di nichel da un fascio di elettroni (la diffrazione è un fenomeno associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde quando queste incontrano un ostacolo sul loro cammino). nasceva da qui la possibilità di utilizzare fasci di particelle per eseguire esperimenti di interferenza con due fenditure, proprio come young aveva fatto con la luce.

l’esperimento delle due fenditure permette di dimostrare la dualità onda particella della materia. richard feynman ripeteva che questo esperimento era la chiave per comprendere la meccanica quantistica. questa volta vennero usate lastre rilevatrici moderne e una sorgente estremamente debole di luce o elettroni. aprendo soltanto una fenditura (ad esempio, quella di sinistra), sulla lastra fotografica si ottiene la proiezione della fenditura. aprendo ora solo la fessura destra si forma una figura speculare a quella precedente. la luce risponde quindi perfettamente alla teoria corpuscolare di newton. ora, provando a prevedere che figura risulterebbe dall’apertura contemporanea di entrambe le fenditure, secondo la teoria corpuscolare si verificherebbe la semplice sovrapposizione delle due figure precedenti. in realtà, quella che si genera è una figura di interferenza, ovvero in questo caso la luce si comporta come un’onda meccanica: sulla lastra fotografica avremmo in alcuni punti sovrapposizioni di picchi o ventri, in altri cancellazioni. ciò dimostra inequivocabilmente l'esistenza del dualismo onda corpuscolo, sia della materia che della radiazione elettromagnetica. niels bohr introdusse

anche il principio di complementarità, secondo il quale i due aspetti, corpuscolare e ondulatorio, non possono essere osservati contemporaneamente perché si escludono a vicenda, ovvero il tipo di esperimento determina il successivo comportamento delle particelle in esso coinvolte.

la fonte = https://www.scienzaeconoscenza.it/blog/medicina-non_convenzionale/fisica-quantistica-spiegata-in-modo-semplice

LA FISICA QUANTISTICA SPIEGATA IN MODO SEMPLICE PARTE 2

continua il viaggio alla scoperta dei fenomeni paradossali della fisica quantistica: il fenomeno dell'entanglement

ma com’è possibile che un singolo elettrone si comporti come un’onda e faccia interferenza con se stesso?! fino a quando l’elettrone non viene rivelato sul bersaglio, esso non si trova mai in un punto preciso dello spazio, ma esiste in uno stato potenziale astratto descritto da una funzione di probabilità, che si propaga come un’onda e non secondo una traiettoria definita.

de broglie e schrödinger tentarono di descrivere tutto il mondo quantistico in termini di onde, abolendo il concetto di particella. ma per cogliere l’elettrone sul fatto, dobbiamo rivelarlo. la meccanica quantistica non ci permette di avere contemporaneamente la figura di interferenza e la conoscenza del singolo foro da cui l’elettrone è passato. o l’uno o l’altro: o l’elettrone viene rivelato come particella oggettiva, e quindi non produce interferenza, o è un’onda estesa, ed in tal caso non passa da un solo foro, bensì da tutte e due: è come se fosse passato da tutte e due.

questo è un po’ come il conosciutissimo

paradosso del gatto di schrödinger: gatto vivo o gatto morto; non si sa fino a che non si vede il gatto effettivamente aprendo la scatola, altrimenti si considera vivo e morto contemporaneamente. erwin schrödinger nel 1935 introdusse il termine di entanglement: se due particelle si fanno interagire per un certo periodo e quindi vengono separate, quando si sollecita una delle due in modo da modificarne lo stato, istantaneamente si manifesta sulla seconda un’analoga sollecitazione a qualunque distanza si trovi rispetto alla prima.

il fenomeno dell'entanglement viola il «principio di località» per il quale ciò che accade in un luogo NON può influire immediatamente su ciò che accade in un altro. ecco un esempio: due particelle vengono lanciate in direzioni opposte. se la particella A, durante il suo tragitto incontra una carica magnetica che ne devia la direzione verso l’alto, la particella B, invece di continuare la sua traiettoria in linea retta, devia contemporaneamente la direzione assumendo un moto contrario alla sua gemella. questo esperimento dimostra che le particelle sono in grado di comunicare tra di loro trasmettendo ed elaborando informazioni e dimostra anche che la comunicazione è istantanea.

nell'ottobre del 1998 il fenomeno dell’entanglement è stato definitivamente confermato dalla riuscita di un esperimento effettuato dall'institute of technology (caltech) di pasadena, in california. in conclusione, la meccanica quantistica nel microscopico ci ha condotto ad abbandonare la descrizione della fisica classica deterministica, per arrivare a una descrizione probabilistica in cui gli stati e le proprietà del mondo microscopico non sono determinati, a priori, intrinsecamente, ma acquisiscono realtà solo se vengono misurati o se entrano in contatto con altri “oggetti”.

questo stravolge la descrizione di un mondo che fino al secolo scorso sembrava sensato e ragionevole. chissà quali altre stravolgenti scoperte ci riserverà il futuro!!

la fonte = https://www.scienzaeconoscenza.it/blog/scienza_e_fisica_quantistica/la-fisica-quantistica-spiegata-in-modo-semplice-seconda-parte

ALBERT EINSTEIN E IL QUANTUM

ha contribuito a inventare il concetto, ma ha lottato fino alla sua morte con l'idea di un universo probabilistico

nel 1926, albert einstein era diventato completamente spietato nei confronti dell'interpretazione probabilistica dell'universo della meccanica quantistica e se ne sarebbe allontanato per sempre. nella mente di einstein, l'universo alla fine deve obbedire a leggi della fisica che sono fondamentalmente deterministiche, e rispetto a questo, sarebbe intransigente. einstein lo rese molto chiaro in risposta a una lettera che max born (1882-1970) gli aveva scritto quando disse:

la meccanica quantistica è davvero impressionante. ma una voce interiore mi dice che non è ancora la cosa reale. la teoria produce molto, ma difficilmente ci avvicina al segreto dell'antico. sono in ogni caso convinto che egli non giochi a dadi.

in effetti, per gli ultimi 30 anni della vita di einstein (compresi anche gli ultimi momenti poco prima della sua morte, avvenuta il 18 aprile 1955), i suoi sforzi scientifici furono dedicati a questa visione mentre si concentrava sulla ricerca di una teoria di campo unificata. tra le altre cose, una tale teoria doveva unificare la gravità (come descritto dalla relatività generale di einstein) e l'elettromagnetismo (come descritto dalle equazioni di maxwell) e, soprattutto, doveva liberare la fisica dall'"incertezza quantistica".

tuttavia, la relazione di einstein con i quanti non è stata sempre così tesa, e infatti, ha aperto la strada al suo sviluppo per circa 20 anni, durante la transizione dalla teoria quantistica alla meccanica quantistica. allora, cos'è successo??

nel 1900, un max planck di 42 anni (1858-1947) aveva trascorso quasi sei anni nel tentativo di comprendere le basi fondamentali dello spettro di radiazione prodotto da un oggetto quando viene riscaldato a una certa temperatura (ad esempio, un fornello elettrico diventa rosso dopo il riscaldamento), e cominciava a sembrare che i suoi sforzi sarebbero stati vani, grazie a nuovi dati sperimentali che avevano rivelato un errore nella sua teoria. tuttavia, planck apportò rapidamente le revisioni necessarie, ottenendo una teoria che era in perfetto accordo con l'esperimento.

tuttavia, il prezzo per questo successo sarebbe costoso, a dir poco lo sconvolgimento totale della fisica classica. la sua nuova teoria ci darebbe anche il curioso concetto di quanti di

energia: a livello atomico, la materia assorbe ed emette energia solo in "pezzi" discreti, non in modo continuo come aveva sempre assicurato la fisica classica. inutile dire che planck e altri erano riluttanti ad abbracciare completamente questo aspetto della sua nuova teoria. tuttavia, einstein lo avrebbe fatto immediatamente e l'avrebbe seguito per quasi 20 anni.

nel 1905, all'età di 26 anni, einstein pubblicò un punto di vista euristico sulla produzione e la trasformazione della luce (insieme ad altri tre documenti innovativi, che avrebbero cambiato per sempre la fisica, e terminò il suo dottorato di ricerca; questo era il suo annus mirabilis , latino per “anno miracoloso”). in esso avrebbe proposto che anche la luce venisse a pezzi (cioè quanti di luce ), o si comportasse come particelle, che ora chiamiamo fotoni .

la natura della luce era stata discussa molte volte prima con alcune delle prime teorie risalenti agli antichi greci. con l'ultimo di una serie di articoli sull'elettricità e il magnetismo pubblicati nel 1864 da james clerk maxwell (1831-1879), insieme al suo libro in due volumi a treatise on electricity and magnetism pubblicato nel 1873, la luce come onda elettromagnetica, non un particella (fotone) era stato radicato nella pietra. e giustamente, poiché la maggior parte delle proprietà fondamentali della luce erano ben descritte dal fatto che fosse un'onda. non tutti, tuttavia, ei quanti di luce di einstein sono stati in grado di affrontare con successo queste discrepanze.

tuttavia, l'idea di einstein incontrò una resistenza tremenda, molto più di quanto planck avesse mai sofferto con la sua teoria quantistica. il sentimento generale della comunità dei fisici era chiaro: non scherzare con la teoria ondulatoria della luce!! einstein non si fece scoraggiare e continuò a esplorare le conseguenze della luce come particella, implementandola a piacimento nel suo lavoro sulla teoria dei quanti, mentre apriva la strada al futuro.

nel 1909, considerando la quantità di moto della luce, trovò il sorprendente risultato che la luce si comportava sia come particella che come onda, una sorta di dualità che non era mai stata descritta prima (la versione di de broglie della dualità onda-particella sarebbe arrivata nel 1923). riferendosi ai suoi risultati, ha concluso:

è quindi mia opinione che la prossima fase nello sviluppo della fisica teorica ci porterà una teoria della luce che può essere intesa come una sorta di fusione delle teorie delle onde e delle [particelle] della luce.

einstein rimase completamente solo nella sua conclusione, ma continuò comunque a portare avanti il ​​suo programma.

dopo essersi dedicato del tempo per concentrarsi sulla relatività generale, einstein tornò alla teoria quantistica della luce nel luglio 1916. i suoi sforzi culminarono in tre articoli, due nel 1916 e il più importante nel 1917. erano trascorsi 16 anni dalla teoria originale di planck, eppure, nonostante il suo incredibile successo, era ancora macchiato dall'essere un goffo ibrido di derivazioni classiche per lo più rigorose con la speculazione di quanti di energia spruzzati per appianare gli spigoli; era ben lungi dall'essere una teoria quantistica a tutti gli effetti. e mentre einstein è stato in grado di arrivare a una derivazione quantistica "molto più" del lavoro di planck, anche lui non è stato all'altezza, dovendo fare affidamento su ipotesi di altre teorie. tuttavia, con questo lavoro, einstein sarebbe riuscito ad ottenere una comprensione molto più profonda della luce e della sua interazione con la materia.

un grande successo della teoria sarebbe la sua previsione di emissione stimolata , in cui un fotone che passa "urta" un elettrone in un atomo nel suo percorso, facendolo cadere in uno stato di energia inferiore, con conseguente emissione di un fotone (in oltre a quello che passa in primo luogo); questo nuovo meccanismo costituisce la base dei laser moderni.

einstein scoprì anche un altro fenomeno interessante, che trovò molto sorprendente, al punto da essere un difetto nella sua attuale formulazione. a differenza dell'emissione stimolata, che si verifica come risultato di un fotone che passa, un atomo sperimenta anche un'emissione spontanea . come suggerisce il nome, accade naturalmente (in assenza di un fotone di passaggio), ma per il resto è un processo molto simile all'emissione stimolata. (ci è più familiare nei processi di decadimento radioattivo, in cui le radiazioni, come i raggi X o i raggi gamma, vengono emesse naturalmente.) poiché accade spontaneamente, il fotone emesso può volare in qualsiasi direzione, che semplicemente non è noto in anticipo di tempo. In altre parole, la direzione in cui vola via il fotone è intrinsecamente casuale; questo turbò profondamente einstein e avrebbe segnato l'inizio del suo disagio con la teoria quantistica, che sarebbe culminato nella sua denuncia della meccanica quantistica del tutto nel 1926.

einstein avrebbe dato il suo ultimo grande contributo alla teoria quantistica (e forse alla fisica) nel 1925. nel 1924, satyendra nath bose (1894-1974) riuscì finalmente a ottenere una versione completamente quantistica della teoria di planck. e lo ha fatto abbracciando il concetto di quanti di luce di einstein; qualcosa che nessun fisico, a parte lo stesso einstein, aveva fatto dalla sua introduzione nel 1905. il lavoro era rivoluzionario e avrebbe stabilito l'area della statistica quantistica . einstein aveva trascorso circa due decenni a lottare con la natura fondamentale della luce, e deve aver immediatamente realizzato ciò che bose aveva realizzato (avendo visto il proprio lavoro ben lungi dall'essere tale).

convinto che il metodo sviluppato da bose per la luce avesse applicazione anche agli atomi, einstein procedette a sviluppare la teoria quantistica del gas ideale monoatomico:

se si prende sul serio la derivazione di bose della formula della radiazione di planck, allora non si potrà ignorare la [mia] teoria del gas ideale; poiché se è giustificato considerare la radiazione [luce] come un gas quantistico, allora l'analogia tra il gas quantistico [luce] e il gas molecolare deve essere completa.

einstein ha scritto tre articoli che descrivono in dettaglio il suo metodo. nel primo articolo (presentato all'accademia prussiana solo otto giorni dopo che il documento di bose era stato ricevuto per la pubblicazione e pubblicato più tardi nel 1924), einstein applicò con successo il nuovo metodo di bose al gas ideale monoatomico e, tra l'altro, stabilisce un'equivalenza tra luce e atomi.

il secondo articolo, pubblicato nel 1925, è il più significativo dei tre. qui einstein prevede il verificarsi di una transizione di fase molto insolita, che ora chiamiamo condensazione di bose einstein (BEC). in BEC, gli atomi nel gas iniziano ad "accumularsi" o condensarsi nello stato energetico più basso (a particella singola), quando la temperatura si abbassa. questo effetto diventa più pronunciato quando la temperatura viene abbassata allo zero assoluto, a quel punto tutti gli atomi di gas si condensano in questo stato di energia più bassa.

la parte sorprendente del BEC è che la condensazione degli atomi non ha nulla a che fare con le interazioni attrattive che li tirano (condensando) insieme, che è normalmente il modo in cui avviene la condensazione. ha a che fare con la natura quantistica degli atomi stessi. sebbene il BEC non fosse preso troppo sul serio all'epoca, fu finalmente dimostrato che era vero nel 1995, quando gli sperimentatori furono in grado di raffreddare un sistema di rubidio 87 vicino allo zero assoluto usando una combinazione di nuove tecniche di raffreddamento.

in un periodo di 12 mesi di creatività sostenuta per tutto il 1926, erwin schrödinger (1887-1961) avrebbe prodotto sei importanti articoli su una nuova teoria quantistica nota come meccanica delle onde , e che ci avrebbe dato la sua famosa equazione delle onde. einstein inizialmente avrebbe accolto a braccia aperte il successo di schrödinger, dicendo: "l'idea del tuo lavoro nasce dal vero genio!!" dieci giorni dopo einstein aggiunse: "sono convinto che tu abbia fatto un progresso decisivo con la tua formulazione della condizione quantistica...". tuttavia, i suoi sentimenti sarebbero presto cambiati.

le implicazioni fisiche dell'equazione delle onde di schrödinger erano ancora un grande mistero per tutti, incluso lo stesso schrödinger. sarebbe finalmente max born ad aver capito bene: "il moto delle particelle segue le leggi della probabilità...". in altre parole, a differenza di una particella classica, una particella quantistica (elettrone, fotone, ecc.) non si muove lungo un percorso fisico ben definito con valori ben definiti per le sue proprietà chiave, come posizione, quantità di moto, energia e come, in ogni istante del tempo. tali quantità fisiche (e molte altre) sono determinate interamente da una probabilità quantistica intrinseca.

la nozione di una probabilità quantistica sottostante si dimostrò troppo per einstein (e anche per schrödinger), che ora avrebbe voltato le spalle per sempre alla nuova meccanica quantistica per perseguire il suo sogno di una teoria di campo unificato causale. alla fine, einstein non avrebbe mai realizzato questo sogno finale, e la "stranezza" della meccanica quantistica continua con noi oggi.

la fonte = https://blogs.scientificamerican.com/observations/einstein-and-the-quantum/#

gli esercizi di fisica meccanica e fisica quantistica:

1. http://www.albestar.it/dida/esercizi.pdf

2. http://wwwteor.mi.infn.it/~ferrera/teaching/ex-FQI-19.pdf

3. https://www.unisalento.it/documents/20152/219394/Esercizi+di+Meccanica+Quantistica.pdf/64df3077-c47b-c386-d18b-01256c25669e?version=1.0&download=true

4. https://www.iatribeca.com/gratis-esercizi/esercizi-di-fisica-fisica-quantistica-libripdf1109660871.html

5. https://www.lfns.it/STORIA/Materiali%20di%20scambio/Buonaura/ESERCIZI_MECCANICA_QUANTISTICA_21-25.pdf

6. https://www2.pv.infn.it/~boffi/Werner.pdf

7. https://www.giappichelli.it/media/catalog/product/excerpt/9788892112100.pdf

8. https://www.aquila.infn.it/ciuchi/didattica/MQ/links.html

c'è una piccola sorpresa per voi:

la teoria della conoscenza e l'intelletto in aristotele

per quanto riguarda la teoria della conoscenza, aristotele comincia la sua analisi dalla sensibilità: si può dire che se non ci fossero i sensi, non ci sarebbe gli oggetti sensibili (se non ci fosse la vista non ci sarebbero i colori). non ci sarebbero in atto: ci sarebbero bensì in potenza. dal senso si distingue l’immaginazione, che è la facoltà di produrre, evocare o combinare immagini.

l’universale viene invece alla luce con l’intelletto. esso, lavorando sui dati offerti dalla sensibilità e dall’immaginazione riesce ad enucleare, con un processo di astrazione, la forma o sostanza intelligibile delle cose, ossia a costruire i concetti universali su cui si basa la nostra conoscenza.

tuttavia, poiché l’intelligibile (il concetto) esiste nel sensibile solo a livello potenziale, e poiché l’intelletto, in quanto tabula rasa, è pura capacità o potenza di cogliere tali concetti (intelletto potenziale), occorrerà una x che sappia far sì che l’anima intellettiva diventi intelligente e che l’intelligibile diventi conosciuto. aristotele identifica tale x con l’intelletto attuale, che fa passare in atto le verità che nell’intelletto potenziale risultano solo in potenza. perciò, è detto intelletto attivo.

ogni azione è fatta in vista di un fine che appare buono. ma deve esserci un fine supremo cui corrisponda un bene sommo. secondo aristotele, tale bene è la felicità, che risiede nella realizzazione della propria natura. poiché il compito proprio dell’uomo è la vita della ragione, l’uomo sarà felice solo se vive secondo ragione, e questa vita è la virtù. alla vita secondo virtù è congiunto il piacere, che accompagna qualsiasi attività umana, alimentandola e motivandola.

secondo aristotele, ci sono due virtù fondamentali: la prima consiste nell’esercizio della ragione ed è detta intellettiva, l’altra consiste nel dominio della ragione sugli impulsi sensibili ed è detta morale. la virtù morale consiste nella disposizione a scegliere il giusto mezzo e si rinvigorisce con l’esercizio. il coraggio è ad esempio il giusto mezzo tra viltà e temerarietà.

la principale tra le virtù etiche è la giustizia e può essere distributiva o commutativa. la giustizia distributiva presiede alla distribuzione degli onori, la giustizia commutativa ai contratti, volontari e involontari. essa è correttiva: mira a pareggiare i vantaggi o gli svantaggi tra i due contraenti.

la virtù intellettiva o dianoetica è propria dell’anima razionale e comprende l’arte, la saggezza, l’intelligenza, la scienza, la sapienza. l’arte è la capacità di produrre un oggetto, la saggezza dirige il comportamento, l’intelligenza coglie i principi primi delle scienze, la scienza ha per oggetto il necessario e l’eterno, la sapienza è il grado più alto della scienza: sapiente è solo colui che ha nello stesso tempo scienza e intelligenza. poiché la virtù come attività propria dell’uomo è la stessa felicità, la felicità più alta consisterà nella virtù dianoetica più alta (la sapienza).

nell’etica nicomachea troviamo pure un’analisi dell’amicizia. secondo aristotele, può essere fondata sull’utile, sul piacere o sul bene e dunque ve ne saranno tre specie: quella di utilità, di piacere di virtù. le prime due, accidentali, sono facili a rompersi non appena cessa l’utilità o il piacere. l’amicizia di virtù è l’unica vera, e presuppone intimità e uguaglianza fra gli individui.

l’amicizia va distinta dalla benevolenza, in quanto si ha benevolenza anche verso chi non si conosce. analogamente, pur essendo una forma d’amore, l’amicizia non va confusa con l’amore, in quanto l’eros ha i caratteri di un’affezione in cui entrano in campo fattori emotivi e sessuali.

secondo aristotele l’origine della vita associata è da ricercarsi nel fatto che l’individuo non basta a se stesso e non può da solo provvedere ai suoi bisogni. egli distingue tre tipi fondamentali di costituzione: la monarchia o governo di uno solo, l’aristocrazia o governo dei migliori, la politia o governo della moltitudine. a questi tre tipi di governo corrispondono tre degenerazioni: tirannide, oligarchia e democrazia (oggi diremmo demagogia). aristotele preferisce un governo democratico in cui prevale la classe media. la politia di aristotele è una democrazia temperata con l’oligarchia.

la poesia, e in generale l’arte, è da aristotele definita imitazione. a differenza di platone, aristotele non considera l’arte illusoria. il mondo sensibile, che l’arte imita, non è per lui semplice apparenza, ma è realtà che può essere oggetto di sapere. inoltre, aristotele crede che la tragedia, come la musica, eserciti una funzione purificatrice e liberi l’anima dalle passioni. egli riconosce dunque all’arte una funzione catartica capace di esercitare uno specifico ruolo educativo.

la fonte = https://www.tesionline.it/appunti/principali-autori-e-temi-dell-indagine-filosofica-/la-teoria-della-conoscenza-e-l-intelletto-in-aristotele/121/16

https://youtu.be/ik1-JyKEzjo "fisica quantistica... quel filo sottile che ci lega... da aristotele a planck... con edoardo consonni"

le mie considerazioni sulla fisica meccanica e sulla fisica quantistica:

1. la fisica quantistica è qualcosa che ci connette con noi stessi

2. la fisica meccanica è come una mente razionale

3. la fisica meccanica è un frenare le nostre emozioni per paura

4. la fisica quantistica è cercare di trovare sé stessi

le domande che mi faccio sulla fisica quantistica:

1. la fisica quantistica ci fa trovare chi siamo noi??

2. o è la fede che ci fa ritrovare chi siamo??

3. ma la fisica quantistica come facciamo a leggerla nel suo linguaggio??

4. e se fosse il buddismo la strada maestra per ritrovare sé stessi??

vi ho lasciato il materiale sulla fisica meccanica e sulla fisica quantistica... se vi va potete darci un'occhiata... ne sarei felicissima...

una sognatrice che non smette di combattere ♡