Meccanica Quantistica

Inviato da  Kirbmarc il 4/9/2006 11:58:08

Ecco il topic promesso nella sezione "Ateismo e fede".
Chiariamo innanzitutto un concetto principale: quello che scrivo non e' ne' perfetto , ne' perfettamente obbiettivo. Critiche, correzioni, richieste di chiarimenti, e anche ironia sono perfettamente accettati (e richiesti). Il topic segiura' ,per quanto riguarda i miei post, questa linea di riferimento:
1-Origini: come nasce la Meccanica Quantistica (molto importante per capirne gli effetti dirompenti)
2-Considerazioni generali di MQ
3-"Paradossi quantistici" (ne vedremodelle belle... )
4-Tempi moderni: la Quantistica degli ultimi trenta anni (particolarmente interessante)
5-Considerazioni filosofiche sulla MQ (l'oggetto del contendere)
ORIGINI
Alla fine dell'Ottocento ,il sogno degli scienziati , la comprensione della realta' fisica in tutti i suoi aspetti,sembrava quasi raggiunto (una situazione molto simile all'attuale). Solo "due piccole nuvole nere" oscuravano questo paradiso: una era la radiazione di corpo nero, l'altra era la spiegazione dell'effetto fotoelettrico.
Corpo Nero
La radiazione di "corpo nero" e' la radiazione che un corpo idealmente "nero" ovvero che assorbe completamente la radiazione,senza riflettere nulla (e percio' appare) emette quando e' riscaldato ad una certa temperatura (in realta' tutti i corpi emettono radiazioni ad ogni temperatura, ma noi le avvertiamo, come calore o come luce-ad esempio il rosso del ferro fuso- solo entro determinate fasce di temperatura). Un corpo "nero" molto vicino all'idealita' e' il Sole o una qualunque stella (perche' emette radiazioni, non le riflette). Qualew era il problema? Semplice, l'idealizzazione si basava su una serie di considerazioni all'epoca ritenute vere e ragionevolissimeche portavano alla continuita' dell'energia (ovvero l'energia e' come un fluido:se ne puo' prendere in qualsiasi quantita').Si trattava ora di elaborare una legge di matematica che legasse l'intensita' delle radiazioni con la temperatura. Il problema era proprio questo: con le ipotesi fatte, la curva che legava intensita' e temperatura "non quadrava". Vediamo perche'.
Abbiamo che la formula ,ottenuta da riflessioni sull'energia, e' (approssimativamente) questa.
Densita' di energia=Costante*frequenza al quadrato*temperatura.(La frequenza e' il numero di onde/radiazioni nell'unita' di tempo). Ora questa formula (la formula classica di Rayleigh - Jeans) non riproduce i dati sperimentali! Infatti la densita' di energia tende ad infinito(diventa grande molto velocemente) per frequenze tendenti ad infinito e quindi per lunghezze d'onda (inverso della frequenza:distanza fra due radiazioni successive) tendenti a zero,ovvero molto piccole. Questo è il così detto fenomeno della "catastrofe ultravioletta"(detta cosi' perche' ,con energie elevate. Ovvero:per piccole lunghezze d'onda abbiamo energie mostrosamente grandi. Un forno normalissimo alle lunghezze d'onda del calore che emette, dovrebbe contenere piu' energia di una bomba H ed emetter pericolosissimi raggi gamma! (Cucinare non sarebbe piu' cosi' semplice!) L'errore era evidente, ma piu' si tentava di correggerlo, piu' si vedeva che questo assurdo risultato dipendeva dalla continiuta' dell'energia. Un professore di Fisica tedesco , Max Planck, ipotizzo'che l'energia fosse "quantizzata" (granulare, come i granelli di sabbia; se ne posasono prendere 1,89,100000, ma non 2,34, ad esempio). C'era quindi una unita' minima di energia: sotto non si scendeva! Per fare un esempio, e' come se si immmaginasse di ossevare un piano inclinato "liscio" (continuo) e si scoprisse che in realta' e' fatto "a gradini" (quantizzato): non si puo' salire di un gadino e tre quarti, ma solo di uno,due....N gradini. Con questa unica (ma importante) correzione, la formula diventa:
Densita' di energia= Costante *Frequenza al cubo/(e alla(Costante*Frequenza/TEMPERATURA).ovvero in simboli (d=densita',f=frequenza,C=costante , T=teperatura) d=C*f/e alla (f/T)
(e alla un numero e' la "funzione esponenziale, che per grandi numeri diventa grande molto piu' "velocemente" di un quadrato o di un cubo).
Questa formula, per piccole lunghezze d'onda, da' piccole quantoita' di energia , e si accorda perettamente ai dati di esperienza. Pero' obbliga ad un concetto "strano": l'energia e' fatta a "pacchetti".