Dualismo Onda particella e interazione fotone elettrone
Salve a tutti,
Mi piacerebbe fare un po' di chiarezza su questo argomento. Ora vi espongo i miei dubbi:
Secondo le ultime concezioni del modello atomistico, gli elettroni non seguono orbitali precisi come nel modello di Bhor, ma sono onde delocalizzate attorno al nucleo. Questo comporta che la funzione d'onda (oddia la distribuzione di carica attorno al nucleo) al quadrato, rappresenta la distribuzione di probabilità di trovare l'elettrone in quell'intorno. Ma cosa significa associare ad un corpo dotato di massa, una lunghezza d'onda? L'elettrone si muove come un onda o si mantiene particella? Perchè l'una esclude l'altra in quanto una particella è localizzata (al di la del principio di indeterminazione che ci impedisce di localizzarla), mentre un onda è delocalizzata, ossia in ogni punto di un certo intorno (mi viene da pensare al mare che è materia sotto forma di perturbazioni ondulatorie).
Allora mi chiedo: Un fotone che incide su questo orbitale dovrebbe produrre interferenza essendo due onde a tutti gli effetti, Come si spiega quindi la fuoriuscita dell'elettrone dall'orbita o l'eccitazione dello stesso ad un livello superiore? Essendo due onde viene meno la teoria del dualismo onda corpuscolo percui un fotone è visto come un corpuscolo che quando si scontra col corpuscolo elettrone produce letteralmente un urto tra particelle...
Potrei accettare questa visione dualistica se l'elettrone mantenesse la sua caratteristica di particella e non fosse un onda.
Grazie a tutti
Mi piacerebbe fare un po' di chiarezza su questo argomento. Ora vi espongo i miei dubbi:
Secondo le ultime concezioni del modello atomistico, gli elettroni non seguono orbitali precisi come nel modello di Bhor, ma sono onde delocalizzate attorno al nucleo. Questo comporta che la funzione d'onda (oddia la distribuzione di carica attorno al nucleo) al quadrato, rappresenta la distribuzione di probabilità di trovare l'elettrone in quell'intorno. Ma cosa significa associare ad un corpo dotato di massa, una lunghezza d'onda? L'elettrone si muove come un onda o si mantiene particella? Perchè l'una esclude l'altra in quanto una particella è localizzata (al di la del principio di indeterminazione che ci impedisce di localizzarla), mentre un onda è delocalizzata, ossia in ogni punto di un certo intorno (mi viene da pensare al mare che è materia sotto forma di perturbazioni ondulatorie).
Allora mi chiedo: Un fotone che incide su questo orbitale dovrebbe produrre interferenza essendo due onde a tutti gli effetti, Come si spiega quindi la fuoriuscita dell'elettrone dall'orbita o l'eccitazione dello stesso ad un livello superiore? Essendo due onde viene meno la teoria del dualismo onda corpuscolo percui un fotone è visto come un corpuscolo che quando si scontra col corpuscolo elettrone produce letteralmente un urto tra particelle...
Potrei accettare questa visione dualistica se l'elettrone mantenesse la sua caratteristica di particella e non fosse un onda.
Grazie a tutti
Risposte
... la funzione d'onda (oddia la distribuzione di carica attorno al nucleo)...
Assolutamente no.
Un fotone che incide su questo orbitale dovrebbe produrre interferenza essendo due onde a tutti gli effetti.
Non sono due onde dello stesso campo che interagiscono.
Purtroppo la storia è molto complicata. Non c'è una "teoria del dualismo onda corpuscolo." Le particelle (almeno in prima quantizzazione) non sono né onde, né corpuscoli. Sono oggetti quantistici, il cui stato è descritto da un vettore in un apposito spazio. La funzione d'onda è semplicemente la rappresentazione nella base della posizione di questo vettore. L'evoluzione della funzione nel tempo analoga ad un onda meccanica deriva esclusivamente dalla forma che assume l'equazione di Schroedinger nella base della posizione. I comportamenti "di tipo corpuscolare" sono ascrivibili invece al comportamento del sistema in conseguenza di una misura.
Non c'è un modo intuitivo di comprendere questo comportamento, nella mia modesta opinione. È più chiaro seguire un corso base di quantistica piuttosto che cercare l'analogia perfetta. Bisogna sporcasse le mani.
Riguardo all'interazione fotone-elettrone, è un concetto mostruosamente più complicato. Siamo in teoria dei campi quantistici (seconda quantizzazione) e dobbiamo vederla come l'interazione fra due campi diversi: il campo elettromagnetico e quello elettronico. Questi campi opportunamente quantizzati (nel senso di: riconosciuti come quantistici!) danno origine ad eccitazioni discrete che riconosciamo come le particelle elettroni e fotoni. Questa teoria è la QED. Le interazioni stesse sono estremamente complesse da studiare, e devi immaginarle come interazione fra perturbazioni di campi.
Credo però che la teoria della perturbazione dia delle motivazioni sufficienti per la modellizzazione dell'interazione come un urto classico fra particelle classiche, almeno in prima approssimazione.
Ti ringrazio per il chiarimento.
Per inciso ho seguito il corso di Meccanica Quantistica, la trattazione matematica mi è chiara, semplicemente avevo dei problemi ad interpretarla visivamente.
Ma perchè dici "assolutamente no" in riferimento al fatto che gli elettroni sono nubi di carica attorno al nucleo? Questa mia espressione non deriva dal corso di MQ ma da quello di chimica fisica.
Per inciso ho seguito il corso di Meccanica Quantistica, la trattazione matematica mi è chiara, semplicemente avevo dei problemi ad interpretarla visivamente.
Ma perchè dici "assolutamente no" in riferimento al fatto che gli elettroni sono nubi di carica attorno al nucleo? Questa mia espressione non deriva dal corso di MQ ma da quello di chimica fisica.
Perdona la mia arroganza. Se hai dunque seguito un corso, ti deve essere allora abbastanza chiaro che i comportamenti di un oggetto quantistico sono incompatibili sia con un modello ondulatorio che con uno particellare, e penso tu riesca a capire perché ho dubbi sulla possibilità di metter su un'interpretazione "visiva", come dici tu, che sia sufficientemente accurata ma allo stesso tempo intuitiva. Forse Feynman ci sarebbe riuscito.
La funzione d'onda non può essere identificata con una distribuzione di carica. Non ha senso. La funzione d'onda è una funzione complessa, una densità di carica è una funzione reale. Inoltre una distribuzione di carica (un "fluido" o meglio una "polvere" di carica) genera uno specifico campo elettromagnetico e interagisce in maniera particolare a campi esterni. Se questo fosse il comportamento dell'elettrone, potresti ad esempio risalire alla forma della funzione d'onda analizzando il campo prodotto; invece è importante calcare il fatto che il vettore d'onda NON può essere misurato direttamente. Un elettrone delocalizzato produce un campo elettromagnetico (quantistico) anch'esso in uno stato misto. Se inoltre la funzione d'onda fosse assimilabile ad una distribuzione di carica, l'elettrone non si comporterebbe come si comporta in campi EM (ad es. gli orbitali atomici sarebbero chiaramente configurazioni estremamente instabili.)
Un elettrone non è una "nube di carica". Un'elettrone è un eccitazione del campo elettronico, che è un campo bispinoriale. Partecipa all'interazione elettromagnetica perché hai un termine di accoppiamento col campo elettromagnetico, che è un campo vettoriale (nota tecnica: sto considerando il 4-potenziale invece del tensore intensità di campo)
La funzione d'onda non può essere identificata con una distribuzione di carica. Non ha senso. La funzione d'onda è una funzione complessa, una densità di carica è una funzione reale. Inoltre una distribuzione di carica (un "fluido" o meglio una "polvere" di carica) genera uno specifico campo elettromagnetico e interagisce in maniera particolare a campi esterni. Se questo fosse il comportamento dell'elettrone, potresti ad esempio risalire alla forma della funzione d'onda analizzando il campo prodotto; invece è importante calcare il fatto che il vettore d'onda NON può essere misurato direttamente. Un elettrone delocalizzato produce un campo elettromagnetico (quantistico) anch'esso in uno stato misto. Se inoltre la funzione d'onda fosse assimilabile ad una distribuzione di carica, l'elettrone non si comporterebbe come si comporta in campi EM (ad es. gli orbitali atomici sarebbero chiaramente configurazioni estremamente instabili.)
Un elettrone non è una "nube di carica". Un'elettrone è un eccitazione del campo elettronico, che è un campo bispinoriale. Partecipa all'interazione elettromagnetica perché hai un termine di accoppiamento col campo elettromagnetico, che è un campo vettoriale (nota tecnica: sto considerando il 4-potenziale invece del tensore intensità di campo)
Ho capito ti ringrazio. Pensavo che l'incapacità di figurarmi questa situazione fosse dovuta ad una mia incompleta comprensione della questione, invece mi pare di capire che è ancora assente una più idonea modellizzazione che spiegherebbe il comportamento di entità quantistiche.
Ciao MarcoQ86, a quanto ottimamente detto da hamilton, puoi aggiungere questo mio post (molto più terra terra!)
viewtopic.php?f=19&t=107707&p=707754&hilit=+quantistica#p707754
viewtopic.php?f=19&t=107707&p=707754&hilit=+quantistica#p707754
"MarcoQ86":
Ho capito ti ringrazio. Pensavo che l'incapacità di figurarmi questa situazione fosse dovuta ad una mia incompleta comprensione della questione, invece mi pare di capire che è ancora assente una più idonea modellizzazione che spiegherebbe il comportamento di entità quantistiche.
No, ti sbagli. Esiste un modello corretto, da 70 anni, è l'elettrodinamica quantistica, come ti ho detto. Hai una comprensione incompleta della questione.
Dalla primissima frase del tuo primo post, inoltre, intuisco che non hai chiare un sacco di cose. La prima è che ritieni che la quantistica è una teoria recente. La seconda è che parli di orbitali nel modello classico o semiclassico, laddove si parla di orbite. Per cui ti consiglio di rivedere gli argomenti, avendo già ben chiara la matematica necessaria, facendo più attenzione all'aspetto concettuale.
mathbells, ottimo post.
Ringrazio entrambi per la pazienza.
Sottolineo che con orbitale intendevo soluzioni matematiche all'eq di shroedinger che acquisiscono senso fisico solo nel momento in cui sono occupate da elettroni. Anche se oramai ho paura ad usare ogni parola perchè potrebbe non essere adatta all'argomento
Il problema del corso di MQ che ho seguito è che le lezioni erano un continuo rigurgito di equazioni e formule con poche parole di collegamento. Ho cercato di ovviare ponendomi domande e raccogliendo informazioni da libri universitari (Shankar e Brandsen Joachain) per lo studio, e divulgativi o articoli su internet. Ma ne ho di strada da percorrere ancora.
Grazie ancora per le delucidazioni. In parte ho placato i miei dubbi, almeno finchè non avrò acquisito maggiori nozioni su teoria dei campi o elettrodinamica quantistica.
Sottolineo che con orbitale intendevo soluzioni matematiche all'eq di shroedinger che acquisiscono senso fisico solo nel momento in cui sono occupate da elettroni. Anche se oramai ho paura ad usare ogni parola perchè potrebbe non essere adatta all'argomento
Il problema del corso di MQ che ho seguito è che le lezioni erano un continuo rigurgito di equazioni e formule con poche parole di collegamento. Ho cercato di ovviare ponendomi domande e raccogliendo informazioni da libri universitari (Shankar e Brandsen Joachain) per lo studio, e divulgativi o articoli su internet. Ma ne ho di strada da percorrere ancora.
Grazie ancora per le delucidazioni. In parte ho placato i miei dubbi, almeno finchè non avrò acquisito maggiori nozioni su teoria dei campi o elettrodinamica quantistica.
Se posso dare la mia umile opinione, secondo me sbagli a voler visualizzare qualcosa che semplicemente non si può visualizzare in termini di esperienza comune. Per fare un paragone matematico/geometrico, è come cercare di visualizzare un ipecubo, semplcemente la nostra mente non ha la scheda grafica adatta a farlo. Certo possiamo visualizzare delle semplificazioni più o meno attinenti, ma si perde di vista l'obiettivo finale.
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