La fisica quantistica
05
03
01
meccanica quantistica e meccanica classica
I Computer quantistici
la fisica quantistica
Differenze tra la meccanica quantistica e la meccanica classica
Introduzione alla fisica quantistica
I Calcolatori più veloci mai creati
02
04
Il gatto di schrodinger
l'entanglement quantistico
Principio di sovrapposizione
La teoria del tutto
I Problemi ancora aperti
La correlazione quantistica delle particelle
LA FISICA QUANTISTICA
La fisica quantistica, o meccanica quantistica, è una teoria fondamentale che descrive il comportamento delle particelle subatomiche a livello microscopico. Essa rappresenta una delle pietre miliari della fisica moderna, sviluppata nel primo quarto del XX secolo per affrontare fenomeni che la fisica classica non riusciva a spiegare adeguatamente. La teoria quantistica ha rivoluzionato la nostra comprensione della natura della realtà.
Alcuni dei principali sviluppi che hanno portato all'emergere della fisica quantistica includono:
RADIAZIONE DI CORPO NERO
EFFETTO FOTOELETTRICO
Modello atomico di Bohr
Info
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Equazioni di Schrödinger
Principio di Sovrapposizione
Il Gatto di Schrödinger
Per spiegare il "Principio di Sovrapposizione" il fisico teorico Erwin Schrodinger ha ideato un esperimento mentale: L'esperimento descrive un apparato, nascosto da un contenitore, in cui un gatto è collegato a un sistema fisico che ne determina la morte, liberando del veleno, se in esso si verifica spontaneamente un evento subatomico (il decadimento radioattvo) con il 50% di probabilità in un dato tempo.
Secondo la meccanica quantistica, finché non viene osservato, un tale sistema si trova in una sovrapposizione degli stati "evento avvenuto-non avvenuto"; da questo deriva che anche l'animale dovrebbe trovarsi nella stessa condizione, con la conseguenza paradossale che gli stati di gatto vivo e morto sarebbero entrambi presenti contemporaneamente.
Principio di Sovrapposizione
Esperimento di Young
L'esperimento di Young con un singolo fotone è un esperimento che dimostra il dualismo onda-particella della luce.Questa, anche se viene sparata in singoli fotoni, coesiste in uno stato di sovrapposizione in due stati: La luce si comporta come un onda, ma se viene osservata da un rilevatore sulle fenditure, si comporta come corpuscolo. Questo esperimento ci da prova della natura probabilistica della meccanica quantistica.
Entanglement Quantistico
Cos'è L'Entanglement?
"Entanglement" (in inglese, "groviglio", "intreccio") è un termine coniato da Erwin Schrödinger nel 1935 e in meccanica quantistica indica un legame fra particelle. È definito da una funzione, chiamata funzione d'onda di un sistema, che descrive le proprietà delle particelle come fossero un unico oggetto, anche se le particelle si trovano ad enorme distanza.
Affinché questa correlazione abbia luogo, cioè per far sì che le due particelle abbiano stati quantici correlati, queste due particelle devono essere prodotte simultaneamente da un'interazione fisica.
Entanglement Quantistico
Esempio
Immaginate due palline da ping-pong. Se le lanci, una pallina può andare a destra e l'altra a sinistra. Ma se le palline sono "entangle", quando una pallina va a destra, l'altra pallina va automaticamente a sinistra, anche se sono separate da un chilometro!
Supponiamo di avere due elettroni, A e B. Se A è in uno stato di spin "su" (verticale), B è automaticamente in uno stato di spin "giù" (orizzontale), anche se sono separati. Se misuriamo lo spin di A e scopriamo che è "su", immediatamente sappiamo che lo spin di B è "giù".
Entanglement Quantistico
Applicazioni
Informatica Quantistica e Calcolo Quantistico:
-L'entanglement quantistico è fondamentale per lo sviluppo dei computer quantistici, permettendo loro di svolgere operazioni complesse in parallelo, superando le capacità dei computer classici -La crittografia quantistica sfrutta l'entanglement per codificare e decodificare i messaggi in modo inviolabile
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Un computer quantistico sfrutta i principi della meccanica quantistica per eseguire calcoli in modo significativamente più veloce rispetto ai computer classici.
A differenza dei bit classici, che possono essere 0 o 1, i qubit (i bit quantistici) possono essere in uno stato di sovrapposizione, permettendo loro di rappresentare sia 0 che 1 contemporaneamente.
Questo fenomeno di sovrapposizione quantistica consente ai computer quantistici di esplorare molteplici soluzioni simultaneamente, accelerando notevolmente la risoluzione di determinati problemi complessi. Inoltre, i qubit possono essere entangled, creando correlazioni quantistiche che consentono di trasmettere informazioni istantaneamente su lunghe distanze.
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Questo a causa della fragilità dei qubit e della loro sensibilità alle interferenze esterne, che portano a degli errori difficilmente corregibili nei caloli.
Sebbene ancora non finalizzati, sono presenti già dei supercomputer, che non funzionano però ancora a massimo regime.
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Le Applicazioni
Sicurezza Informatica
Intelligenza Artificiale
Medicina
La Teoria del Tutto
Da tempo ormai i fisici teorici cercano di unificare sotto un' unica teoria la spiegazione di tutti i fenomenfi fisici, le forze che li governano, lo spazio e il tempo.
Questo è tuttora un problema aperto nella fisica moderna.
I Principi della meccanica quantistica
Principio di Complementarietà
Principio di Quantizzazione
afferma che alcuni aspetti fisici dei fenomeni possono essere descritti in modo duale, ovvero come onde e particelle, ma non contemporaneamente in un singolo esperimento. Questo principio, proposto da Niels Bohr, è stato cruciale nel superare le difficoltà interpretative della meccanica quantistica, come il problema del dualismo onda-corpuscolo. Il concetto di complementarità ha contribuito a fornire una spiegazione coerente per fenomeni che sembravano contraddittori.
Il principio di quantizzazione si riferisce al concetto secondo il quale le particelle non possono assumere o trasferire energia in modo continuo, ma solo in piccole quantità discrete chiamate quanti. Questo principio implica che l'energia può essere ceduta o acquisita da una particella solo in quantità discrete anziché in modo continuo. Il valore di un quanto (la minima quantità scambiabile) di energia in fisica è rappresentato dalla costante di Planck che è uguale a 6,626 × 10-34 J∙s.
I principi della meccanica quantistica includono concetti fondamentali che definiscono il funzionamento della teoria quantistica. Alcuni dei principi chiave della meccanica quantistica sono:
- Principio di sovrapposizione: Un sistema quantistico può esistere in più stati simultaneamente, noto come sovrapposizione quantistica.
- Principio di entanglement: Le particelle quantistiche possono essere entangled, cioè correlate in modo che lo stato di una particella influenzi istantaneamente lo stato di un'altra, indipendentemente dalla distanza.
- Principio di dualità onda-particella: La materia e la radiazione possono comportarsi sia come onde che come particelle, in base al contesto sperimentale.
- Principio di indeterminazione di Heisenberg: Enunciato da Werner Heisenberg, questo principio afferma che non è possibile conoscere simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella.
- Principio di quantizzazione: Certi parametri fisici, come l'energia, sono quantizzati e possono assumere solo valori discreti anziché continui.
- Principio di complementarità: Proposto da Niels Bohr, questo principio afferma che in alcuni casi, come nella dualità onda-particella, due descrizioni complementari possono essere necessarie per spiegare un fenomeno.
Erwin Schrödinger
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (Vienna, 12 agosto 1887 – Vienna, 4 gennaio 1961) È stato un fisico austriaco, fra i maggiori del XX secolo per i suoi fondamentali contributi alla meccanica quantistica e, in particolare, per l'equazione che porta il suo nome, grazie alla quale vinse il premio Nobel per la fisica nel 1933.
Modello Atomico di Bohr
Nel 1913, Niels Bohr sviluppò il suo modello atomico, integrando le idee della quantizzazione di Planck e l'effetto fotoelettrico di Einstein.
Il modello di Bohr introdusse orbite quantizzate per gli elettroni attorno al nucleo, spiegando con successo gli spettri atomici.
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Werner Heisenberg nel 1925-1927 formulò il principio di indeterminazione, che sostiene che è impossibile misurare simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella.
Werner Heisenberg nel 1925-1927 formulò il principio di indeterminazione, che sostiene che è impossibile misurare simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
Effetto Fotoelettrico
Albert Einstein nel 1905 utilizzò l'idea di quanti di luce, o fotoni, per spiegare l'effetto fotoelettrico.
Onda o Corpuscolo?
La teoria classica non riusciva a spiegare come la luce potesse causare l'emissione di elettroni da una superficie metallica, ma l'ipotesi di Einstein sui fotoni fornì una spiegazione coerente.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
Radiazione di corpo nero
Max Planck nel 1900 propose una soluzione innovativa al problema della radiazione di corpo nero, introducendo il concetto di quantizzazione dell'energia. Egli suggerì che l'energia degli oscillatori elettrici nel corpo nero è quantizzata in "quanti" discreti, un concetto che si sarebbe sviluppato successivamente nella teoria quantistica.
La Meccanica classica e la Meccanica Quantistica
Meccanica Classica e Meccanica Quantistica sono entrambe teorie fisiche fondamentali per descrivere la realtà. Notiamo che esse però descrivono il comportamento della materia e delle particelle in modo differente:
- Mondo Macroscopico / Mondo Microscopico
- Determinismo / Probabilismo
Il Ruolo dell'Osservatore
Si è stabilito (o c’è) un confine netto tra fisica classica e meccanica quantistica, oppure esiste un passaggio graduale (una zona franca) tra i due sistemi?"
sulla base delle evidenze fornite, si può concludere che non esiste un confine netto tra fisica classica e meccanica quantistica, ma piuttosto un passaggio graduale e una zona franca tra i due sistemi.
LA FISICA QUANTISTICA
Giovanni Alioto
Created on February 17, 2024
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La fisica quantistica
05
03
01
meccanica quantistica e meccanica classica
I Computer quantistici
la fisica quantistica
Differenze tra la meccanica quantistica e la meccanica classica
Introduzione alla fisica quantistica
I Calcolatori più veloci mai creati
02
04
Il gatto di schrodinger
l'entanglement quantistico
Principio di sovrapposizione
La teoria del tutto
I Problemi ancora aperti
La correlazione quantistica delle particelle
LA FISICA QUANTISTICA
La fisica quantistica, o meccanica quantistica, è una teoria fondamentale che descrive il comportamento delle particelle subatomiche a livello microscopico. Essa rappresenta una delle pietre miliari della fisica moderna, sviluppata nel primo quarto del XX secolo per affrontare fenomeni che la fisica classica non riusciva a spiegare adeguatamente. La teoria quantistica ha rivoluzionato la nostra comprensione della natura della realtà.
Alcuni dei principali sviluppi che hanno portato all'emergere della fisica quantistica includono:
RADIAZIONE DI CORPO NERO
EFFETTO FOTOELETTRICO
Modello atomico di Bohr
Info
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Equazioni di Schrödinger
Principio di Sovrapposizione
Il Gatto di Schrödinger
Per spiegare il "Principio di Sovrapposizione" il fisico teorico Erwin Schrodinger ha ideato un esperimento mentale: L'esperimento descrive un apparato, nascosto da un contenitore, in cui un gatto è collegato a un sistema fisico che ne determina la morte, liberando del veleno, se in esso si verifica spontaneamente un evento subatomico (il decadimento radioattvo) con il 50% di probabilità in un dato tempo. Secondo la meccanica quantistica, finché non viene osservato, un tale sistema si trova in una sovrapposizione degli stati "evento avvenuto-non avvenuto"; da questo deriva che anche l'animale dovrebbe trovarsi nella stessa condizione, con la conseguenza paradossale che gli stati di gatto vivo e morto sarebbero entrambi presenti contemporaneamente.
Principio di Sovrapposizione
Esperimento di Young
L'esperimento di Young con un singolo fotone è un esperimento che dimostra il dualismo onda-particella della luce.Questa, anche se viene sparata in singoli fotoni, coesiste in uno stato di sovrapposizione in due stati: La luce si comporta come un onda, ma se viene osservata da un rilevatore sulle fenditure, si comporta come corpuscolo. Questo esperimento ci da prova della natura probabilistica della meccanica quantistica.
Entanglement Quantistico
Cos'è L'Entanglement?
"Entanglement" (in inglese, "groviglio", "intreccio") è un termine coniato da Erwin Schrödinger nel 1935 e in meccanica quantistica indica un legame fra particelle. È definito da una funzione, chiamata funzione d'onda di un sistema, che descrive le proprietà delle particelle come fossero un unico oggetto, anche se le particelle si trovano ad enorme distanza.
Affinché questa correlazione abbia luogo, cioè per far sì che le due particelle abbiano stati quantici correlati, queste due particelle devono essere prodotte simultaneamente da un'interazione fisica.
Entanglement Quantistico
Esempio
Immaginate due palline da ping-pong. Se le lanci, una pallina può andare a destra e l'altra a sinistra. Ma se le palline sono "entangle", quando una pallina va a destra, l'altra pallina va automaticamente a sinistra, anche se sono separate da un chilometro!
Supponiamo di avere due elettroni, A e B. Se A è in uno stato di spin "su" (verticale), B è automaticamente in uno stato di spin "giù" (orizzontale), anche se sono separati. Se misuriamo lo spin di A e scopriamo che è "su", immediatamente sappiamo che lo spin di B è "giù".
Entanglement Quantistico
Applicazioni
Informatica Quantistica e Calcolo Quantistico: -L'entanglement quantistico è fondamentale per lo sviluppo dei computer quantistici, permettendo loro di svolgere operazioni complesse in parallelo, superando le capacità dei computer classici -La crittografia quantistica sfrutta l'entanglement per codificare e decodificare i messaggi in modo inviolabile
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Un computer quantistico sfrutta i principi della meccanica quantistica per eseguire calcoli in modo significativamente più veloce rispetto ai computer classici.
A differenza dei bit classici, che possono essere 0 o 1, i qubit (i bit quantistici) possono essere in uno stato di sovrapposizione, permettendo loro di rappresentare sia 0 che 1 contemporaneamente.
Questo fenomeno di sovrapposizione quantistica consente ai computer quantistici di esplorare molteplici soluzioni simultaneamente, accelerando notevolmente la risoluzione di determinati problemi complessi. Inoltre, i qubit possono essere entangled, creando correlazioni quantistiche che consentono di trasmettere informazioni istantaneamente su lunghe distanze.
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Questo a causa della fragilità dei qubit e della loro sensibilità alle interferenze esterne, che portano a degli errori difficilmente corregibili nei caloli.
Sebbene ancora non finalizzati, sono presenti già dei supercomputer, che non funzionano però ancora a massimo regime.
Computer Quantistici
Computer Quantistici
Le Applicazioni
Sicurezza Informatica
Intelligenza Artificiale
Medicina
La Teoria del Tutto
Da tempo ormai i fisici teorici cercano di unificare sotto un' unica teoria la spiegazione di tutti i fenomenfi fisici, le forze che li governano, lo spazio e il tempo.
Questo è tuttora un problema aperto nella fisica moderna.
I Principi della meccanica quantistica
Principio di Complementarietà
Principio di Quantizzazione
afferma che alcuni aspetti fisici dei fenomeni possono essere descritti in modo duale, ovvero come onde e particelle, ma non contemporaneamente in un singolo esperimento. Questo principio, proposto da Niels Bohr, è stato cruciale nel superare le difficoltà interpretative della meccanica quantistica, come il problema del dualismo onda-corpuscolo. Il concetto di complementarità ha contribuito a fornire una spiegazione coerente per fenomeni che sembravano contraddittori.
Il principio di quantizzazione si riferisce al concetto secondo il quale le particelle non possono assumere o trasferire energia in modo continuo, ma solo in piccole quantità discrete chiamate quanti. Questo principio implica che l'energia può essere ceduta o acquisita da una particella solo in quantità discrete anziché in modo continuo. Il valore di un quanto (la minima quantità scambiabile) di energia in fisica è rappresentato dalla costante di Planck che è uguale a 6,626 × 10-34 J∙s.
I principi della meccanica quantistica includono concetti fondamentali che definiscono il funzionamento della teoria quantistica. Alcuni dei principi chiave della meccanica quantistica sono:
Erwin Schrödinger
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (Vienna, 12 agosto 1887 – Vienna, 4 gennaio 1961) È stato un fisico austriaco, fra i maggiori del XX secolo per i suoi fondamentali contributi alla meccanica quantistica e, in particolare, per l'equazione che porta il suo nome, grazie alla quale vinse il premio Nobel per la fisica nel 1933.
Modello Atomico di Bohr
Nel 1913, Niels Bohr sviluppò il suo modello atomico, integrando le idee della quantizzazione di Planck e l'effetto fotoelettrico di Einstein.
Il modello di Bohr introdusse orbite quantizzate per gli elettroni attorno al nucleo, spiegando con successo gli spettri atomici.
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Werner Heisenberg nel 1925-1927 formulò il principio di indeterminazione, che sostiene che è impossibile misurare simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella.
Werner Heisenberg nel 1925-1927 formulò il principio di indeterminazione, che sostiene che è impossibile misurare simultaneamente con precisione la posizione e la quantità di moto di una particella.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
Effetto Fotoelettrico
Albert Einstein nel 1905 utilizzò l'idea di quanti di luce, o fotoni, per spiegare l'effetto fotoelettrico.
Onda o Corpuscolo?
La teoria classica non riusciva a spiegare come la luce potesse causare l'emissione di elettroni da una superficie metallica, ma l'ipotesi di Einstein sui fotoni fornì una spiegazione coerente.
L'EQUAZIONE DI "DIRAC"
L'equazione di Dirac implica il principio di "non separabilità" secondo cui due particelle che interagiscono per un certo periodo di tempo non possono più essere considerate sistemi distinti, ma diventano un unico sistema.
è stata soprannominata "equazione dell'amore" per il suo legame concettuale con il principio di non separabilità, che è stato esteso anche ai rapporti umani, e per l'interesse di alcuni studiosi nel cercare di descrivere matematicamente il fenomeno dell'amore.
Radiazione di corpo nero
Max Planck nel 1900 propose una soluzione innovativa al problema della radiazione di corpo nero, introducendo il concetto di quantizzazione dell'energia. Egli suggerì che l'energia degli oscillatori elettrici nel corpo nero è quantizzata in "quanti" discreti, un concetto che si sarebbe sviluppato successivamente nella teoria quantistica.
La Meccanica classica e la Meccanica Quantistica
Meccanica Classica e Meccanica Quantistica sono entrambe teorie fisiche fondamentali per descrivere la realtà. Notiamo che esse però descrivono il comportamento della materia e delle particelle in modo differente:
- Determinismo / Probabilismo
Il Ruolo dell'OsservatoreSi è stabilito (o c’è) un confine netto tra fisica classica e meccanica quantistica, oppure esiste un passaggio graduale (una zona franca) tra i due sistemi?"
sulla base delle evidenze fornite, si può concludere che non esiste un confine netto tra fisica classica e meccanica quantistica, ma piuttosto un passaggio graduale e una zona franca tra i due sistemi.