Seminario di meccanica ondulatoria

Presentazione sul tema: "Seminario di meccanica ondulatoria"— Transcript della presentazione:

1 Seminario di meccanica ondulatoria
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

2 Why? Because … Amaldi 2008 Marzo 2011 Rodolfo Damiani

3 E’ tutta colpa delle misure?
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

4 L’interpretazione a disturbo è stata abbandonata 75 anni fa, tre generazioni! (“Quantum”, pg 301)
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

5 Essere o misurare? That is the question
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

6 Due premesse universali..
“La filosofia è scritta su quel grande libro, l’universo, che è sempre aperto davanti ai nostri occhi, ma che non può essere letto finché non si è prima imparato a capire il linguaggio e a riconoscere i simboli con cui è scritto. Esso è scritto nel linguaggio della matematica e i suoi simboli sono triangoli, cerchi, e altre figure geometriche senza le quali non si può capirne una parola, senza le quali si vaga invano attraverso un oscuro laberinto.” (Galileo, “Il Saggiatore” 1623) “Noi non doviamo desiderare che la Natura si accordi a quello che parrebbe meglio disposto et ordinato a noi, ma conviene che accomodiamo l’intelletto nostro a quello ch’ella ha fatto, sicuri tale essere l’ottimo e non l’altro.” (Galileo, lettera a Federico Cesi) Marzo 2011 Rodolfo Damiani

7 Sentiamo Kuhn Marzo 2011 Rodolfo Damiani

8 Non esiste scienza priva di filosofia; c’è solamente scienza il cui bagaglio filosofico è preso a bordo senza esaminarlo. Dennet, 1995 Marzo 2011 Rodolfo Damiani

9 Quasi fermi e vicini, abbastanza grandi, ma molto pochi..
La nostra finestra antropocentrica, antropomorfa, antropogenica, antropologica, ecc., non è per niente trasparente. Al contrario, è peggio di un vetro smerigliato e deformato soprattutto dalla nostra cultura, dal nostro paradigma di pensiero dominante, cioè dai nostri pregiudizi. Sono solo essi a renderci difficile da comprendere ciò che è come è, affinchè il mondo sia così facile da viverci! Marzo Rodolfo Damiani

10 Che abisso, dal piccolo al grande! E il viceversa? Ancora peggio!!
E’ l’ora di affrontare l’altro terribile abisso: dai pochi ai tanti tanti.. Marzo Rodolfo Damiani

11 Diamo qualche risultato degli esperimenti già fatti.
Testa/Croce: 76/64 Testa/Croce: 495/505 Testa/Croce: 601/599 Testa/Croce: 615/585 Testa/Croce: 410/390 Sommando tutti, più altri abbiamo: 3197/3143 Differisce dal 50% solo del 0,85%, misura più precisa di tante misure esatte! Marzo Rodolfo Damiani

12 Attenzione! Nulla succede per caso!
Allora: il singolo evento rompe la simmetria in modo imprevedibile, ma valgono le leggi di simmetria. Ma la moltitudine degli eventi obbedisce a precise leggi non casuali, ma di simmetria e diventa precisamente prevedibile! Marzo Rodolfo Damiani

13 L’inganno dei sensi – l’esperienza
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

14 L’inganno della cultura – il pregiudizio
“By education most have been misled; So they believe because they were so bred. The priest continues what the nurse began, And thus the child imposes on the man.” John Dryden, “The Hind and the Panther” 1687 “I più sono stati sviati dall’istruzione; Credono a questo e quello perché così li hanno educati. Il prete continua ciò che iniziò la balia, E in tal modo il bambino inganna l’uomo.” Marzo 2011 Rodolfo Damiani

15 La conoscenza è un processo olistico, un fenomeno emergente della fisica della complessità.
La parabola dei tre arbitri 1°: Quando c’è un fallo, allora io fischio 2°: Quando vedo un fallo, allora io fischio 3°: Quando io fischio, allora c’è il fallo Marzo 2011 Rodolfo Damiani

16 La conoscenza è completa solo se deriva dall’unione paritetica
dei tre valori: soggetto, oggetto e loro relazione. relazione oggetto soggetto Marzo 2011 Rodolfo Damiani

17 “In meccanica quantistica la materia è fatta di onde, ovvero di un bel niente.” !! (Robert Laughlin, Nobel per la Fisica) Marzo 2011 Rodolfo Damiani

18 R. Laughlin, “Reinventing Physics From the Bottom Down”
Marzo 2011 Rodolfo Damiani

19 La fine dell’oggetto newtoniano
“In pratica la dualità onda-particella non esiste. L’intero concetto newtoniano, secondo il quale un oggetto è caratterizzato da posizione e velocità, non è corretto e dovrebbe essere sostituito da qualcos’altro, che definiamo funzione d’onda, un’astrazione definita dalle leggere variazioni di pressione dell’aria al passare di un suono. Ma se c’è una funzione d’onda che cos’è che ondeggia?” (Laughlin) Per la luce è il campo elettromagnetico, un’informazione. Le onde quantistiche sono la materia. Marzo 2011 Rodolfo Damiani

20 IL linguaggio della metafora artistica è più preciso:
“Who has seen the wind? Neither you nor I: But When the trees bow down their heads The wind is passing by.” “Chi ha visto il vento?/Né io né tu:/Ma quando gli alberi chinano il capo/Allora è il vento che sta passando” Christina Rossetti, 1993. Marzo 2011 Rodolfo Damiani

21 Il classico sasso nello stagno…
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

22 Per l’unione nulla è impossibile
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

23 Due sassi nello stagno.. Aprile 2011 Rodolfo Damiani

24 Fra il sasso e la pietra nasce qualcosa..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

25 E il classico triangolo? La faccenda si fa complicata..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

26 E quattro.. Ma miliardi di miliardi?
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

27 Ne bastano due per confezionare un po’ di pacchetti..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

28 E con poche di più si fanno dei corpuscoli favolosi!
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

29 Unendosi fra loro possono tutto, ma quando le disturbiamo che succede?
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

30 Quando la porta è stretta..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

31 Un ingrandimento per capire quel che succede..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

32 Quel che si vede sullo schermo
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

33 Due porte invece che una cambiano tutto
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

34 Quel che succede durante il viaggio
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

35 Quel che si vedrà sullo schermo
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

36 E questo è quel che fanno gli elettroni!
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

37 E concedono anche il bis!..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

38 Quel che succede con molte fenditure..
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

39 Onde o particelle? Ma ondicelle!!
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

40 Il quadro di partenza della meccanica quantistica.
Il movimento di ogni particella è descritto da un’onda, nota come funzione d’onda o campo quantistico. La probabilità che la particella sia rilevata in un dato punto è data dal quadrato del campo quantistico in quel punto. Il campo quantistico evolve nel tempo secondo l’equazione di Schrödinger. Aprile 2011 Rodolfo Damiani

41 E questa è la famosa equazione
Aprile 2011 Rodolfo Damiani

42 Un po’ di filosofia.. Ovvero l’interpretazione delle equazioni.
“Il campo quantistico forse è uno strumento matematico che codifica tutta la nostra conoscenza sull’elettrone: è un’onda d’informazione” (R. Oerter, “La teoria del quasi tutto”, pg 87) “Nella nostra concezione, l’informazione, la conoscenza, è la materia primordiale dell’universo.” (A. Zeilinger, “Il velo di Einstein”) Aprile 2011 Rodolfo Damiani

43 Fisica o filosofia? “ La meccanica quantistica è la più profonda visione filosofica del mondo che l’uomo abbia elaborato” (recensione de “Le Scienze” al libro di Zeilinger) Il comportamento umano assomiglia alla natura perché l’uomo ne fa parte ed è soggetto alle stesse regole cui obbedisce qualsiasi altro fenomeno.. Le analogie tra l’organizzazione di un’esistenza e l’organizzazione degli elettroni non sono accidentali o illusorie: è fisica.” (R. Laughlin, “Un universo diverso”, pg. 230) Aprile 2011 Rodolfo Damiani

44 L’importanza di chiamarsi onda..
I famosi principi di indeterminazione di Heisenberg seguono dalla stessa natura ondulatoria delle particelle. ΔxΔp≥ħ Ma p=E/c e Δx/c =Δt per i fotoni, quindi: ΔEΔt≥ħ Maggio 2011 Rodolfo Damiani

45 L’onda: se sai dove va, è dappertutto, se sai dov’è, va dappertutto!
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

46 Non c’è nessun mistero Maggio 2011 Rodolfo Damiani

47 L’onda emerge dalla complessità
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

48 Che cosa succede se catturiamo un’onda?
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

49 La prigione cambia tutto!
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

50 Il mormorio della materia..
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

51 Solo così si assicura la stabilità
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

52 La funzione d’onda Maggio 2011 Rodolfo Damiani

53 Il quadrato della funzione d’onda è la probabilità!
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

54 Il significato di Ψ L’idea che gli stati stazionari degli elettroni negli atomi corrispondano ad onde materiali stazionarie è a fondamento della meccanica ondulatoria di Schrödinger Maggio 2011 Rodolfo Damiani

55 La struttura che connette
“Infrangete la struttura che connette gli elementi di ciò che si apprende e distruggerete necessariamente ogni qualità.” (G. Bateson, “Mente e Natura) Il confinamento nella buca di potenziale impone che agli estremi ci siano dei nodi, perciò le lunghezze d’onda sono quantizzate, quindi lo è anche la quantità di moto e di conseguenza l’energia! Ecco i livelli quantizzati dell’energia degli elettroni negli atomi! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

56 Il potere euristico delle unificazioni
Il principio di Fermat per le onde: ”Ogni tipo di radiazione (propagazione d’energia) sceglie il cammino fra due punti caratterizzato dal minor numero di lunghezze d’onda.” (metà ‘600) Il principio di minima azione per le particelle (Maupertuis,metà ‘700): “La traiettoria (parabola) nel moto di una particella in un campo è sempre tale da far sì che l’azione pds sommata su tutto il percorso sia la minima possibile”. Quindi, alla condizione che tutti i tipi di propagazione dell’energia siano retti dalla stessa legge, lunghezza d’onda λ e quantità di moto p devono essere inversamente proporzionali: p=cost/λ, la legge di de Broglie! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

57 La propagazione delle onde
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

58 E quella dei corpuscoli
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

59 Il potere unificante e creativo della Relatività
Un’onda elettromagnetica classica trasporta energia e quantità di moto secondo la relazione p=E/c L’analoga relazione fra quantità di moto ed energia per le particelle della dinamica relativistica è: E=c√(p2 +m02 c2 ) che, se la massa a riposo fosse nulla, dà luogo a E=pc! E se l’onda elettromagnetica fosse perciò “fatta” di particelle di massa a riposo nulla?! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

60 Dopo la velocità della luce c entra in scena h, la costante di Planck
Anche E=mc2, se ci si muove alla velocità della luce, significa p=E/c! La trasformazione delle frequenze è l’effetto Doppler relativistico: f=f’γ(1+β) La trasformazione dell’energia è: E/c = E’/c γ (1+β) Così Einstein risolse l’effetto fotoelettrico che determina h! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

61 La spiegazione dell’effetto fotoelettrico costituisce la vera nascita della MQ
Maggio 2011 Rodolfo Damiani

62 Le connessioni Einstein aveva quindi due indizi per arrivare a comprendere che la luce era “fatta” di particelle che portano energia in ragione della propria frequenza, cioè del proprio esser onda: l’effetto Doppler relativistico con l’equivalenza massa-energia e la relazione fra p ed E per particelle di massa nulla. L’intreccio a doppia implicazione fra effetto fotoelettrico e relazione di de Broglie: p=h/λ, ma anche p=E/c, allora E=ch/λ e poiché c=λf segue E=fh! Oppure, partendo da λ=c/f =ch/fh =hc/E =h/p! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

63 Conclusioni La MQ decreta la fine dell’oggetto galileiano.
L’onda è l’essere, la particella il divenire, il dualismo la connessione. Viene scardinata la nozione di traiettoria e la descrizione deterministica che la traiettoria implica. Maggio 2011 Rodolfo Damiani

64 E, come se non bastasse.. La costante di Planck dimezza il numero delle variabili indipendenti e definisce come non decomponibile il sistema indagato dall’osservatore. Ogni descrizione è una scelta. La statistica e la probabilità sono intrinsecamente necessarie. I concetti statistici non sono un’approssimazione, ma l’unico strumento teorico accessibile. La realtà è troppo ricca e complessa perché un unico riflettore possa illuminarla nella sua interezza!! Maggio 2011 Rodolfo Damiani

65 Non la natura all’Uomo, ma è l’Uomo che appartiene alla Natura
Non possiamo accedere ad alcuna descrizione dall’esterno, non siamo spettatori, ma attori di questo mondo. L’inaspettato non ha più il segno della conoscenza imperfetta o di un controllo insufficiente. La verità diventa interna alla situazione e la scienza ammette l’autonomia delle cose e non solo delle cose viventi. Maggio 2011 Rodolfo Damiani

66 La fine è solo un’inizio..
“Fino a che tengo dentro di me l’ideale di uno spettatore assoluto (IO, naturalmente..), l’ideale di una conoscenza senza punti di vista, non posso vedere nella mia situazione che una sola fonte d’errore.” M.Merleau-Ponty, in “Eloge de la philosophie” Maggio 2011 Rodolfo Damiani