Per quale scoperta Albert Einstein vinse il premio Nobel nel 1921?

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1 Per quale scoperta Albert Einstein vinse il premio Nobel nel 1921?

2 La Relatività!

3 SBAGLIATO

4 Per la scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico…
….e sapete per quale altra scoperta scientifica dobbiamo ringraziare il signor Einstein???

5 MA COS’È IL MOTO BROWNIANO ?????
PER IL MOTO BROWIANO! MA COS’È IL MOTO BROWNIANO ?????

6 Ma Albert Einstein nel 1905…
Agli inizi del 1900, non solo fisici, ma anche biologi, luminari del bisturi e filosofi (tra i quali Ernst Mach, fisico, filosofo e neuroscienziato austriaco) non credevano all'esistenza degli atomi. Solo nel 1955 fu possibile “vedere”, gli atomi grazie al microscopio ionico ad emissione di campo ideato da Erwin W. Mueller dell'università di Pennsylvania. Ma Albert Einstein nel 1905…

7 …diede un importante contributo alla dimostrazione dell'esistenza degli atomi
spiegando il MOTO BROWNIANO

8 Un po’ di storia sull’origine dello studio del moto browniano
11827, il botanico scozzese Robert Brown aveva compiuto alcune straordinarie osservazioni, servendosi di un comune microscopio, riguardo al comportamento dei granelli di polline immersi in acqua. Scoprì che essi si muovevano in modo costante, casuale e turbolento e, soprattutto, senza alcuna relazione con correnti presenti nell'acqua. Robert Brown

9 Brown ipotizzò… Rilevò "molecole attive" in gran quantità!
che le particelle rappresentavano una nuova specie di stato della materia. Definendola "molecola attiva" e giunse a pensare che le "molecole attive" fossero animate. Brown estendendo i suoi esperimenti gettò in acqua anche sostanze non vegetali: catrame, manganese, nichel, arsenico ecc... Rilevò "molecole attive" in gran quantità! le particelle di qualsiasi sostanza in sospensione dell'acqua eseguono movimenti costanti, casuali e turbolenti.

10 Dopotutto era un botanico, non
Tuttavia, con Brown, non si giunse ad una spiegazione teorica soddisfacente del fenomeno. Dopotutto era un botanico, non un fisico.

11 Il che tuttavia non significa ancora atomo!
Ma il fenomeno del moto browniano non passò nel dimenticatoio. Finalmente, nel 1863, fu ipotizzato che il moto descritto da Brown fosse dovuto al bombardamento irregolare delle particelle da parte delle molecole d'acqua circostanti. Oggetti di dimensione più grande non ne risentirebbero. Noi stessi, immersi nel liquido, non avvertiamo altro che la pressione dell'acqua, certo non avvertiamo alcun bombardamento molecolare. Ma le particelle di materia sì. Per i fisici del tempo, il moto casuale, turbolento e costante era dunque una dimostrazione del fatto che l'acqua e la materia in generale hanno una struttura granulare. Il che tuttavia non significa ancora atomo!

12 I movimenti irregolari di un granello di polline sulla superficie dell’acqua osservati con un intervallo di 30 secondi. Queste osservazioni consentirono a Robert Brown di scoprire nel 1827 i moti browniani

13 Agli inizi del 900’ il giovane Einstein :
si trova davanti un quadro contraddittorio composto dagli studi di Brown e dalle teorie di Maxwell e Boltzmann. Queste, ancora incerte, si possono così riassumere :

14 1) ogni corpo è costituito da molecole; esse non sono ferme, ma oscillano continuamente.
22) la velocità media delle molecole dipende dalla temperatura del corpo; se un corpo viene riscaldato assume energia e aumenta la velocità delle sue molecole. Se un corpo viene raffreddato, cede energia all'ambiente e il moto molecolare rallenta. 3) nei solidi e nei liquidi le molecole sono più legate tra loro, oscillano minor ampiezza e non si spostano sensibilmente 44) nei gas le molecole sono più libere, possono oscillare su basi più ampie ed anche diffondersi.

15 Contemporaneamente ad Einstein (e da quest’ultimo completamente ignorato) un altro fisico, l’americano Gibbs, stava formulando delle ipotesi al riguardo, affascinato in particolare dalla termodinamica, ma… Willard Gibbs

16 …Einstein nel 1905 lo anticipò pubblicando un articolo intitolato “Sul movimento di piccole particelle sospese in un liquido stazionario secondo la teoria cinetica molecolare del calore” che testimoniava il suo interesse per trovare prove dell’esistenza stessa delle molecole!

17 Di qui la prima esigenza:
dimostrare che moti di tipo browniano esistevano, in natura, come conseguenze della teoria cinetica e che essi si offrivano come referenti per misurazioni di laboratorio capaci di offrire informazioni fondamentali sulla dimensione degli atomi.

18 1.Perché il polline immerso nell'acqua si
muove in modo costante, turbolento e casuale?

19 2.Perché più un corpo è piccolo, tanto è più
sensibile alle fluttuazioni del moto molecolare?

20 A queste domande, che tanto assillavano Brown, finalmente fu Einstein a trovare le risposte…

21 Einstein pensò che, visto che una particella immersa in un liquido urta circa 10 ²¹ volte al secondo contro le molecole del fluido, fosse assolutamente impensabile poterne prevedere la traiettoria al dettaglio.

22 Quindi …

23 La sua idea fu quella di studiare come evolve nel tempo la distanza media della particella dal proprio punto di partenza. Detta R questa grandezza, Einstein dimostrò tale relazione: R ²=2DT Dove T è l’intervallo di tempo trascorso e D è una costante, detta coefficiente di diffusione, che indica quanto rapidamente la particella si diffonde (cioè si allontana dal punto di partenza)

24 Il modello proposto da Einstein fu verificato sperimentalmente dal fisico francese Baptiste Perrin e dai suoi collaboratori. Essi misurarono più volte l’allontanamento di una particella sospesa in aria, dimostrando che le grandezze R e T sono legate dalla relazione proposta da Einstein. Jean Baptiste Perrin

25 Il modello browniano oggi
A ormai più di cento anni dall’articolo di Einstein, gli scienziati non hanno smesso di interessarsi ad esso, dal momento che tutte le particelle sono ad esso soggette. Uno studio, pubblicato sulla rivista “New Journal of Physics” (nel 2005), tramite l’utilizzo delle “pinze ottiche” ha svelato nuove curiosità. Le pinze ottiche sfruttano un fascio laser focalizzato per intrappolare e studiare oggetti microscopici, come le singole bio-molecole che alimentano le cellule dei muscoli e spingono in avanti gli spermatozoi, e quelle che leggono il codice genetico. Il dispositivo può essere perturbato, tuttavia, da un lieve effetto nel moto Browniano chiamato "effetto di back-flow", nel quale il movimento di una particella disturba l'acqua che a sua volta ne modifica il moto. Cento anni fa, Einstein trascurò questo piccolo effetto.

26 … e ancora … Per chi finora non si fosse ancora convinto dell’importanza della teoria di Einstein sul moto browniano ricordiamo che gli studiosi si concentrano sul suo studio per portare ad uno sviluppo sempre migliore delle nanotecnologie, per esempio trovando una tecnica che consenta di trasformare e di dirigere il moto disordinato di nanoparticelle (e quindi progettare nuovi tipi di navette o di trasportatori per portare medicinali e farmaci direttamente a cellule specifiche, o per sostituire parti di grandezza molecolare all’interno di apparecchi elettronici).

27 … per non parlare poi delle applicazioni alla dinamica della materia oscura che pare si sposti attraverso lo spazio come le particelle di un gas; alcuni ricercatori sono, infatti, stati in grado di predire ogni mossa della loro materia oscura simulata al computer grazie a un’equazione sviluppata da Einstein per descrivere…indovinate un po’,il moto browniano dei gas!

28 Semeria Mantelli Simona
A cura di: Borfiga Martina Fossati Chiara Muraglia Alice Semeria Mantelli Simona