fisica,meccanica quantistica e co.

[spottiesvirus7]

inizio col dire che nel caso avessi sbagliato sezione,prego i moderatori di spostare.

cercando nel forum non ho trovato nessun topic riguardante la fisica e in specifico la meccanica quantistica,così ho voluto aprirne uno io^_^

lascio a voi la staffetta per iniziare un discorso(se lo cominciassi io sarebbe di sicuro inconcludente e terribbilmente astratto).

[Marcolino2]

Spotti, di cosa vogliamo parlare? Quale argomento ti piacerebbe affrontare? Che ne so, corpo nero, effetto tunnel, quantum computation...fammi sapere ed iniziamo!

[Marcolino2]

Non mi ero accorto però che hai aperto nella sezione libri, forse era meglio in scuola e lavoro.

[spottiesvirus7]

@Marcolino2

allora,aprendo il topic avevo pensato genericamente a fluttuazione quantistiche e quello che ne viene,ad esempio il ponte di Einstein-Rosen etc.

riguardo alla sezione non sò anche io avevo lo stesso dubbio,la sezione si chiama libri,arte e CULTURA quindi non sò.

[Marcolino2]

Guarda, tra poco inzio a lavorare, ci sentiamo in serata purtroppo. Posso chiederti un'informazione? Cosa studi, fisica? Giusto per sapere...Io ho studiato fisica alla specilalistica, ho dato meccanica q I e II, quantum computation , fisica nucleare e struttura della meteria I e II. Nel frattempo comincia a parlare tu di un argomento, non ti preoccupare, in modo da iniziare il discorso, poi lo continuiamo insieme. Mi fa molto piacere parlare di meccanica quantistica. L'adoro! :)

[spottiesvirus7]

oddio quanto sono imbarazzato,no,non studio fisica,in effetti non vado nemmeno all'università,ho 13 anni,adoro solo la meccanica quantistica.

ok l'ho detto ora posso sentirmi male.

comunque non credo di poter cominciare,devo uscire e parlerei da'solo(non credo che nel forum ci sia qualcun'altro a cui interessi la fisica).

[Marcolino2]

Spotti, ok, mi fa piacere che un ragazzo giovane sia interessato alla meccanica quantistica. Ora, brevemente perchè sto istallando dei software al lavoro, cominciamo a parlare che cosa è la meccanica quantistica, poi, piano piano, arriveremo ad approfondire.

Tra la fine del secolo XIX e l'inizio del secolo XX alcuni esperimenti mettono in crisi le concezioni classiche del mondo fisico.

La meccanica quantistica , nata per dare risposte a questi fenomeni non spiegabili con la fisica classica, ha come oggetto di studio il comportamento dei più piccoli costituenti della materia come le molecole, gli atomi, gli elettroni e le particelle nucleari. Se le particelle si muovono poi a velocità prossime a quelle della luce (300 000 chilometri al secondo) si parla di teoria quanto-relativistica.

Si chiama meccanica quantistica perchè le grandezze fisiche, come l'energia, non variano con continuità ma "a scatti": il termine quanto stra proprio ad indicare una grandezza che varia in maniera discreta.

[spottiesvirus7]

la regolaritàdel cambiamento di grandezza definito come dualismo onda-particella portò al principio di indeterminazione di Heinsenberg.

 

 

scusa avrei voluto scrivere di più,ma ho dovuto mangiare.

Edited July 30, 2012 by SaintJust
Uniti post doppi

[SaintJust]

Non so se questa sia l'area giusta, ma non saprei neanche dove spostare il topic, per cui per ora lo lascio dov'è... Intanto ci penso e vedo come evolve.

[Marcolino2]

Beh, prima cosa: ovviamente se avete curiosità sulla fisica, non necessariamente meccanica quantistica, potete chiedere.

Seconda cosa: se c'è qualcuno, oltre sicuramente gardus, che vuole darmi una mano, è assolutamente il benvenuto.

 

Parliamo di luce. Che cos'è la luce?

Il caro Newton, uno dei padri della fisica classica, sosteneva che la luce fosse formata da tante particelle invisibili. Questa teoria si chiama teoria corpuscolare.

Ma le cose, ahimè, erano più complicate del previsto... Qualche tempo dopo il fisico Young vide che in realtà i raggi di luce subivano fenomeni come l'interferenza e la diffrazione, che sono caratteristici delle onde. Tutto ciò portò ad abbandonare la teoria corpuscolare di Newton, per affermare che la luce è un'onda. Ma che tipo di onda? La luce è un'onda elettromagnetica, cioè l'insieme di un campo elettrico e magnetico che oscillano e si propaga anche nel vuoto. Quindi la teoria di Newton sembrava ormai "out"

 

Ma nella fisica, quanto meno te lo aspetti, arrivano i colpi di scena.

All'inizio del Novecento c'era un esperimento relativo all'effetto fotoelettrico che non riuciva ad essere spiegato con la teoria ondulatoria. In cosa consiste questo effetto? Semplificando e banalizzando al massimo, se si invia un raggio luminoso su una piastra metallica, si può osservare che, per paricolari raggi luminosi incidenti, viene strappato un elettrone dalla piastra metallica. Come era possibile una cosa del genere? Non è che magari la luce è formata da tante particelle (un po' come diceva Newton) che urtano gli elettroni della piastra metallica e li fanno schizzare via?

 

Nacque allora il concetto di fotone. la luce è formata da tante "particelle" chiamate fotoni. Ma allora, uno si chiede, la luce è formata da tante particelle come diceva Newton e come affermano i fisici quantistici o è un'onda elettromagnetica?

 

La meccanica quantistica ci dice che la luce a volte si comporta come onda, a volte come insieme di particelle (questa cosa si chiama dualismo onda-corpuscolo). In uno stesso esperimento, tuttavia, la luce non si può comportare contemporaneamente sia da onda che da particella, ma si comporterà o da onda, o da particella. Insomma anche la luce ha un orientamento un po' confuso...diciamo, tanto per scherzare, che è un po' gay.

 

Ma non finisce qui, perchè il dualismo onda-particella della luce si estende anche alle particelle come gli elettroni. Ma questo lo vediamo successivamente....

[PGN]

Bellissima spiegazione marco. Questa parte della fisica mi piace tantissimo perché ha camminato a braccietto con la chimica del XX secolo.

[Marcolino2]

Grazie Doctor Daniel. Spotti, sono stato abbastanza chiaro? C'è qualcosa che è oscura? Appena posso vi parlerò dell'effetto tunnel... A dopo!

[Marcolino2]

Io lo sapevo, ora non mi ferma più nessuno...

 

ATTENZIONE: se volete andare nella stanza accanto, continuate ad aprire la porta, se sbattete la testa contro il muro...andrete in ospedale!

 

No, non sono matto...leggete!

 

Vi ho parlato della doppia natura della luce, corpuscolare ed ondulatoria, e del fatto che in realtà la luce si comporta o in modo ondulatorio o in modo corpuscolare.

 

Ma questa cosa vale anche per quelle che noi definiamo particelle, come ad esempio gli elettroni? E' possibile che abbiano anche loro una doppia natura? La risposta della meccanica quantistica è SI, anche le particelle possono comportarsi come delle onde. Ovviamente questa doppia natura si manifesta nel mondo della fisica atomica per le particelle piccolissime. Nel nostro mondo una mela è sempre una mela, non manifesterà un comportamento ondulatorio.

 

Come sapete, ci sono onde che sono in grado di aggirare gli ostacoli e di passare indisturbate quando incontrano un ostacolo. Ora se le particelle manifestano un comportamento ondulatorio, ci aspettiamo che queste riescano ad oltrepassare gli ostacoli e ad andare al di là di una barriera. In effetti la meccanica quantistica stabilisce che ogni particella ha una probabilità, piccola ma finita, di attraversare spontaneamente una barriera arbitrariamente alta. Se prendiamo un fascio con tante particelle e le spariamo contro un ostacolo, ci saranno alcune che incredibilmente troveremo al di là dell'ostacolo. Questa cosa, non spiegabile secondo la fisica classica, si chiama effetto tunnel perchè le particelle sono state in grado di superare l'ostacolo come se avessero costruito un tunnel. Bello, no?

 

Beh, peccato che tutto questo valga solo per le particelle. Se volete andare nella stanza accanto, non vi scaraventate contro il muro...non riuscirete a passare oltre la parete per effetto tunnel, aprite la porta!

[gardus]

se c'è qualcuno, oltre sicuramente gardus, che vuole darmi una mano, è assolutamente il benvenuto.

 

Ehm, io sinceramente ti vedo così a tuo agio che quasi mi vergogno ad intervenire XD

D'altra parte di meccanica quantistica non so nulla, mai vista nè studiata.

Sicuramente leggerò con grande interesse quello che scriverai.

 

Comunque vorrei fare un complimento sincero a @@spottiesvirus7 per essere interessato a questi argomenti sebbene abbia solo 13 anni!

Sei un grande ;-)

Edited July 30, 2012 by gardus

[spottiesvirus7]

marcolino no,io sarei stato molto meno sintetico,mi è tutto chiaro.

Vorrei precisare una cosa,in realta, l'effetto tunnel può verificarsi anche per noi,le possibilità sono molto inferiori rispetto uma particella, però che una sola vita basti.

riguardo la quanto detto sopra la cosa è abbastanza discutibile,alcuni credono che la meccanica quantistica possa applicarso anche a cose di molto più grandi,come dimostrato da un ricercatore dell' università della Virgiania; che ha raffreddato una lamina di ferro fino a 0.3 gradi kelvin e sparandovi contro un elettrone,questo lo colpiva e lo mancava contemporaneamente, utilizzando appunto l'effetto tunnel.

apetterò ancora un po' perché se mi intromettersi adesso probabilmente sarei solo inconcludente.

[Marcolino2]

Ciao gardus, sicuramente con altre parti della fisica mi potrai dare una mano :) Ci conto, ovviamente! Non vorrai mica abbandonarmi!

 

Per quanto riguarda la possibilità di applicare la MQ alla vita reale, in effetti questo, come hai giustamente detto, può essere fatto in condizioni "estreme", come ad esempio a basse temperature assolute, elevata energia, etc. In condizioni "normali" diciamo così i fenomeni quantistici sono abbastanza trascurabili per il mondo mascroscopico. Si può dimostrare, infatti, con un po' di matematica ,che per oggetti del mondo reale in effetti le leggi della MQ sono riconducibili a quelle della fisica classica (i principi della dinamica, quelli di Newton per intenderci).

[spottiesvirus7]

trascurabili sì,perché poco probabili,ma le "condizioni estreme" che dici tu non fanno altro che aumentare l'ampiezza d'onda, teoricamente il fenomeno è posibile anche in condizioni normali.

non voglio sembrare testardo,ma è condizioni è comunque una possibilità,remota,ma una possibilità.

 

mi scuso per eventuali errori di battitura,ma stò scrivendo da un cellulare ed è scomodissima.

[Marcolino2]

Certamente spotti, la probabilità è piccola, ma non nulla, quindi su grandi numeri (ed eventualmente grandi tempi) potrebbero verificarsi.

 

Appena posso, parlerò dell'applicazione dell'effetto tunnel nelle reazioni nucleari di interesse astrofisico, se interessa a qualcuno.

[gardus]

Ciao gardus, sicuramente con altre parti della fisica mi potrai dare una mano :) Ci conto, ovviamente! Non vorrai mica abbandonarmi!

 

Ok, scusami, non avevo letto bene il titolo del topic, pensavo riguardasse solo la meccanica quantistica ;-)

Certo che ti aiuto, ci puoi contare!

 

EDIT: io comunque se devo cambiare stanza penso userò le classiche porte per il resto della mia vita

Edited July 30, 2012 by gardus

[Marcolino2]

Eh, sì, mi credo sia l'opzione migliore! :)

[spottiesvirus7]

sarebbe bello attraversare i muri attraverso la schiuma quantistica.:-)

[Marcolino2]

Parliamo adesso di effetto tunnel nelle reazioni nucleari delle stelle. Premetto che farò molte semplificazioni...

 

Prima di iniziare parliamo della famosa formula di Einstein E=mc^2. Cosa dice questa formula? La formula dice sostanzialmente che se un po' di massa (indicata con la lettera m) sparisce, essa sarà convertita in energia (indicata con la E), energia che si può manifestare in diversi modi, come ad esempio calore e produzione di luce. Ovviamente vale anche il viceversa, dall'energia è possibile creare massa.

 

La formula E=mc^2 permette quindi di calcolare l'energia, nota la massa, e, viceversa, la massa nota l'energia (la lettera c che è presente nella forumula indica la velocità della luce nel vuoto).

 

Cosa succede nelle stelle, come ad esempio il Sole? Da dove proviene la luce delle stelle? La luce emessa dal Sole proviene in larga parte dalle reazioni di fusione nucleare. In pratica quattro nuclei di idrogeno (l'idrogeno è un atomo costituito da un protone di carica positiva ed un elettrone di carica negativa che gli ruota attorno; il nucleo di un atomo di idrogeno è pertanto costituito dal solo protone) si fondono per formare un nucleo di elio. Ora l'elio che è stato prodotto è più leggero degli atomi di idrogeno iniziali che si sono "fusi" per dare origine all'elio. Questa massa che si è "persa" si è trasformata, secondo la formula E=mc^2, in energia, che in parte ha aumentato la temperatura della stella, in parte si è trasformata in energia luminosa, insomma la luce che osserviamo.

 

A questo punto uno si chiede: come è possibile che i nuclei dell'atomo di idrogeno, ossia i protoni, che hanno tutti carica positiva, di fondano per formare l'elio? I protoni, proprio perchè hanno carica positiva dovrebbero respingersi, non possono invece "fondersi" e formare l'elio.

 

Beh, qui entra in gioco la meccanica quantistica. Vi ho detto che le particelle atomiche subiscono l'effetto tunnel, che è la capacità di superare gli ostacoli, di attraversare una barriera.

Ecco, per i protoni, avviene che a causa dell'effetto tunnel essi riescano a "superare" quella barriera di repulsione, dovuta al fatto che sono tutti della stessa carica, dando origine alla fusione nucleare e quindi alla produzione dell'elio.

 

Per adesso mi fermo qui, sperando di non essere stato troppo noioso...

[gardus]

@@Marcolino2 mi piacerebbe molto se potessi spiegare, quando hai un po' di tempo, che implicazioni ha la recente scoperta sperimentale del bosone di Higgs. Io purtroppo non ho mai studiato Fisica a livello così avanzato e tutto quello che so l'ho letto sui giornali e non mi ha soddisfatto molto... sì, ho capito più o meno, ma vorrei sapere qualcosa di più, soprattutto da chi ha grande competenza in materia.

[Marcolino2]

Certamente gardus, dammi un po' di tempo per organizzare le idee...oddio non dire così, assolutamente nessuna grande competenza...

[gardus]

Certo, non c'è fretta! Leggerò con grande attenzione quello che scriverai, è un argomento che mi interessa molto.

Edited August 7, 2012 by gardus

[Marcolino2]

Il bosone di Higgs (o particella di Dio)

 

Iniziamo con un'introduzione, poi nei prossimi post andrò avanti

 

Secondo la fisica in tutto l'Universo è presente una entità diffusa e impalpabile detta campo di Higgs, dal nome di colui che propose questa ipotesi. Questo campo è presente nello stesso modo ovunque, sulla Terra, negli spazi cosmici che separano le galassie...insomma in tutto l'Universo.

 

In natura esistono particelle che hanno una massa (ad esempio gli elettroni, i protoni, i quark...) e particelle che non hanno massa (come ad esempio i fotoni, che costituiscono la luce). Ora i fisici affermano che la massa delle particelle è dovuta al fatto che ciascuna di queste interagisce in modo diverso con il campo di Higgs. Se non c'è interazione, come nel caso dei fotoni, allora le particelle non avranno massa, altrimenti, in caso di interazione, la massa che acquisteranno dipenderà da quanto "intensamente" hanno interagito.

 

Il campo di Higgs non può essere messo in evidenza direttamente ma, se esiste, deve "produrre" una particella, chiamata bosone di Higgs.

 

La conferma dell'esistenza del bosone di Higgs implica quindi l'esistenza del campo di Higgs.

 

Il bosone di Higgs (e quindi il campo di Higgs) è detto "particella di Dio" perchè è ciò che fornisce la massa alle cose, è come se fosse un "piccolo creatore"

 

 

...to be continued

[gardus]

Bellissima spiegazione. Ho capito più dal tuo post che da tutti i vari articoli che ho letto.

Mi permetto di postare questa musica, in attesa della prossima parte, di cui sarà la giusta "colonna sonora"

 

http://www.youtube.com/watch?v=svpZ_3pJDms

Edited August 7, 2012 by gardus

[Marcolino2]

Bellissima gardus...fa troppo quark. Beh, se non avessi avuto i casini in famiglia mi sarebbe piaciuto fare il master in giornalismo scientifico a Trieste...ma mi accontento anche del gay-forum :)

 

Beh, domani parte 2...

 

E non esagerare con i complimenti....divento rosso, anzi rosa Schiapparelli!

[gardus]

@@Marcolino2 Allora, quando arriva la seconda parte?

[Marcolino2]

Scusa per il ritardo, ma tra serate nei bar , in pizzeria, al cinema, concerti di cantanti improponibili e serate medievali…

 

Prima di parlare della seconda parte del bosone di Higgs è necessaria una premessa importante sulle forze fondamentali della natura.

 

In natura esistono quattro tipi di forze chiamate “fondamentali” in quanto tutte le altre, come ad esempio l’attrito, sono riconducibili in realtà ad una di queste. Queste quattro forze sono: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole.

 

Prima di descrivere queste quattro forze c’è da dire una cosa importantissima. Secondo la fisica moderna, se tra due corpi si esercita una di queste forze, l’interazione tra i due avviene attraverso lo scambio di una particella chiamata quanto mediatore.

Ad esempio, se ho due calamite che tendono a respingersi per effetto della forza di repulsione elettromagnetica, in realtà è come se tra le due calamite venisse scambiata una particella, il quanto mediatore, che tende ad allontanare le due calamite.

Questo quanto mediatore è chiamato anche particella virtuale in quanto dal punto di vista fisico non è osservabile. Lo scambio tra due oggetti del quanto mediatore avviene in tempi brevissimi durante i quali vengono violate alcune leggi della fisica classica, come ad esempio quella della conservazione dell’energia.

 

La forza gravitazionale è la forza che agisce tra due oggetti che hanno una massa ed è una forza attrattiva. Ad esempio la forza peso, che è la forza con cui noi siamo attratti dal pianeta Terra, è una forza gravitazionale. Anche tra due oggetti di piccola massa, come ad esempio un uomo e un forno a microonde, in teoria esiste una forza di attrazione gravitazionale anche se le masse in gioco, quella dell’uomo e del forno, sono così piccole che la forza gravitazionale tra i due oggetti è praticamente trascurabile.

Il quanto mediatore della forza gravitazionale è chiamato gravitone ed è una particella virtuale di massa nulla

 

La forza elettromagnetica è la forza che agisce tra due oggetti che hanno cariche (elettriche o magnetiche) opposte (ed in questo caso è attrattiva) o cariche dello stesso segno (ed in questo caso è repulsiva). Il quanto mediatore è una particella di massa nulla chiamata fotone

 

La forza nucleare forte è la forza che tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo. I protoni hanno carica positiva, i neutroni non hanno carica e quindi non potrebbero stare “vicini” in quanto la forza elettrica attrattiva si esercita solo tra cariche opposte. La forza nucleare, quindi, è quella che tiene unite queste particelle nel nucleo. Il quanto mediatore della forza nucleare forte è una particella chiamata gluone.

 

La forza nucleare debole è una forza che si manifesta in alcuni fenomeni radioattivi, come ad esempio il decadimento del neutrone. Il neutrone può trasformarsi in un protone ed un elettrone. Questa trasformazione, chiamata decadimento del neutrone, è causata dalla forza nucleare debole. I quanti mediatori di questa forza sono le particelle W e la particella Z che hanno una massa

 

Cosa c’entra tutto questo con il bosone di Higgs?

 

Secondo la fisica moderna, le diverse masse dei quanti mediatori sono dovute al modo diverso con cui interagiscono con il campo di Higgs. Ad altissime energie, tuttavia, ci si aspetta che i quanti portatori della forza debole (W e Z) ed i quanti mediatori della forza elettromagnetica (i fotoni) interagiscano con il campo di Higgs allo stesso modo.

Per questo motivo, se si considerano oggetti che si muovono ad alte energie, la forza elettromagnetica e quella debole si possono considerare un’unica interazione, la forza elettrodebole. Rimangono escluse dalla teoria, almeno per ora, la forza gravitazionale e quella nucleare forte.