fisica

Meccanica quantistica e Relatività

Il mondo macroscopico

1+1=2

2=1+1

Il mondo quantistico

Cristiaan Huygens

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Cristiaan Huygens propose la teoria ondulatoria alla fine del XVII secolo per spiegare il fenomeno della rifrazione della luce, ovvero il cambiamento di direzione che la luce subisce quando passa da un mezzo a un altro.

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Isaac Newton

Isaac Newton ha proposto la teoria corpuscolare della luce, secondo cui la luce è composta da particelle. Questa teoria era in contrasto con la teoria ondulatoria della luce proposta da Huygens.

Thomas Young

Thomas Young è famoso per aver scoperto l'esprimento della doppia fenditura nel 1801. In questo esperimento ha dimostrato il fenomeno dell'interferenza luminosa utilizzando un raggio di luce che passa attraverso le due fenditure e si creavano delle strisce luminose e scure.

L'effetto fotoelettrico è un fenomeno in cui colpisce una superficie e fa sì che degli elettroni vengono liberati dalla superficie.

Esperimento: doppia fenditura

L'esperimneto consiste nel far passare un raggio di luce attraverso le due fenditure e poi su una schermata posta dietro.

Due casi:

-Luce

particella

-Luce

onda

Niels Bohr

Niels Bohr ha sviluppato l'interpretazione di Copenhagen: -La meccanica quantistica è essenzialmente incerta e non può essre descritta con concetti del mondo macroscopico. -La regola di Born afferma che la descrizione di un sistema quantistico è probalistica.

"Dio non gioca a dadi"

Meccanica quantistica

Si occupa dei fenomeni a livello subatomico. Le particelle subatomiche sono le particelle che costituiscono gli atomi e che si trovano all'interno di essi. Sono gli elettroni, i protoni e i neutroni.

Particelle miracolo

Onde che si comportano come particelle, che oltrepassano le barriere come fantasmi o che comunicano tra loro in modo “telepatico”. Una delle caratteristiche principali di questa teoria è la quantizzazione.

Cioè il fatto che, nel mondo microscopico, le quantità fisiche come l’energia non possono essere scambiate in modo “continuo”, come un flusso d’acqua del rubinetto che si può dosare a piacere, ma attraverso “pacchetti” detti “quanti”.

L'entanglement (“intreccio”)

Immaginiamo di prendere due fotoni in una “sovrapposizione di stati” - possiamo pensarli come monete che girano all’infinito, mostrando entrambe le facce (testa o croce) - e di sottoporli all’entanglement, per poi portarli ai lati opposti dell’universo.

L'entanglement (“intreccio”)

Secondo la meccanica quantistica, se effettuiamo una misura su uno dei due, e otteniamo per esempio testa, anche l’altra moneta, istantaneamente, cessa di trovarsi in uno stato indeterminato: se la misuriamo (dopo un secondo o dopo un secolo) siamo sicuri che il risultato sarà testa. Le due particelle sono come in contatto telepatico.

Teletrasporto quantistico

Supponiamo di voler trasferire da un punto A a un punto B un fotone identificato dal suo stato di polarizzazione.

Per farlo bisogna disporre, oltre al fotone da teletrasportare, di due fotoni entangled, uno in A e l’altro in B. Poi si fa interagire il fotone da teletrasportare con il primo fotone entangled (quello in A) e si comunica all’osservatore in B l’esito dell’operazione, e così facendo gli si indica come deve manipolare il secondo fotone entangled per ottenere una copia identica del fotone di partenza

Teletrasporto quantistico

In pratica, le informazioni del fotone di partenza sono trasferite in B grazie all’intermediazione dei fotoni intrecciati: in realtà si tratta di un trasferimento di informazioni, più che di un trasferimento di materia

Il principio di indeterminazione di Heisenberg

Nella meccanica classica posso sapere con precisione la posizione (dove è ) e la velocità del corpo in un determinato intervallo di tempo. Con le particelle subatomiche è impossibile saperlo con precisione poiché è impossibile misurare contemporaneamente la velocità e la posizione Le particelle subatomiche possono essere descritte come onde; le onde non sono mai ferme.

Il principio di indeterminazione di Heisenberg

Per poter osservare (misurare) la posizione o la velocità di una particella bisogna prima illuminarla quindi “colpirla” con onde elettromagnetiche che quindi andranno ad alterare il suo stato. Perciò più precisamente si vuole misurare la posizione di una particella maggiore sarà il margine di errore sul calcolo della velocità Ciò significa che qualsiasi tentativo di misurare con precisione la posizione di una particella subatomica comporterà un cambiamento nella sua velocità .

L'effetto tunnel

nella meccanica quantistica, le particelle subatomiche possono attraversare barriere che nella meccanica classica sarebbero considerate insuperabili. Questo effetto, noto come effetto tunnel, è spiegato dal fatto che le particelle subatomiche possono esistere in stati sovrapposti e quindi possono attraversare barriere che altrimenti sarebbero impossibili da superare.

L'effetto tunnel

La meccanica quantistica, invece, prevede che una particella ha una probabilità diversa da 0 di attraversare spontaneamente una barriera arbitrariamente alta di energia potenziale. C’è da sottolineare che l’analogia con il dislivello della meccanica classica non è propriamente corretta per via della presenza di un ostacolo materiale che nell’effetto tunnel non è presente.

Un esempio è un elettrone che, nel raggiungere una sottile zona in cui esso dovrebbe essere respinto per via dell'energia insufficiente, riesce a superarla in una piccola frazione di casi. Si ottiene che esiste una piccola probabilità che la particella si trovi dall’altra parte della barriera dopo un certo tempo.

Teoria quantistica dei campi

Le particelle subatomiche interagiscono con il campo quantistico che le circonda, il quale è costituito da particelle virtuali. Questa interazione influisce sulle proprietà delle particelle subatomiche e non può essere descritta dalla meccanica classica. é un Modello teorico che descrive le particelle elementari e le loro interazioni in un contesto quantistico. Tale teoria si basa sul carattere ondulatorio della materia.

Relativià ristretta

• Fenomeni manifestati su oggetti che viaggaino ad alte velocità

• Le relazioni tra tempo spazio ed energia e materia.

Sottotitolo

Due modelli :

Relativià generale

• Fenomeni causati dall'attrazione gravitazionale.

il principio della relatività generale:

• La gravità è un'incurvatura spazio e del tempo causata dalla presenza di materia ed energia:

Equivalenza massa-energia

E=mc^2

- La massa di un oggetto è equivalente alla sua energia

- All'aumentare della velocità aumenta la sua massa

Nucleare

Principio della relatività

Velocità della luce è un limite della natura che non può essere superato

Perchè servirebbe massa e energia infinita

Principio della relatività

Velocità luce costante

Vm = 300.000.000 m/s Vf = 300.000.000 m/s V(tot) = 300.000.000 m/s

Dilatazione del tempo

• All’aumentare della velocità rallenta il tempo

Esmperimento di Hafele-Keating

più lento

Dilatazione del tempo

Nel 2000

蔡徐坤

蔡徐坤

270.000.000²

Vr = 270.000.000 m/s

300.000.000²

Dilatazione del tempo

蔡徐坤 ha 30 anni

蔡徐坤 ha 15 anni

Dopo 15 anni......

Vr = 270.000.000 m/s

Riepilogo

Principio della relatività generale:

La gravità è un'incurvatura dello spazio e del tempo

Equivalenza massa-energia

E=mc^2

La massa di un oggetto è equivalente alla sua energia

Principio della relatività

Velocità della luce è : • costante • un limite

Dilatazione del tempo

All’aumentare della velocità diminuisce il tempo

"E' importante non smettere mai di fare domande. La curiosità ha il suo motivo per esistere." - Albert Einstein.

Fine

Fonti relatività

• Principio della relatività genreale

siti:

video: Amedeo balbi curisuss

https://www.chimica-online.it/ https://scienzapertutti.infn.it/ https://www.andreaminini.org/

• Equivalenza massa-esergia

Sottotitolo

siti:

video:

scienzapertutti.infn.itwww.sapere.it www.dima.unige.it

La fisica che non ti aspetti Amedeo balbi

• Principio della relatività

siti:

video:

www.studenti. https://www.youmath.it/t

La fisica che non ti aspetti

• Principio della dilatazione del tempo

video:

siti: www.youmath.itwww.ansa.it www.gmpe.it

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