Come immaginare queste cose?
Premetto, che quando leggo dei libri divulgativi sulla fisica come quello di cui vi parlerò, per tutti gli argomenti trattati nel libro, io cerco di farmi un immagine nella mente di quello di cui si sta parlando. Lo faccio per capire meglio.
Sto leggendo questo libro sulla meccanica quantistica.
L'autore, Jim Al-Khalili, dice questo:
"Bohr postulò che l'energia degli elettroni nell'atomo è essa stessa quantizzata; cioè, gli elettroni non sono liberi di seguire qualunque orbita, come le leggi di Newton prevedevano, ma solo certe orbite discrete, come se ci fossero binari concentrici: un treno o sta su un binario o sull'altro, non a metà. Un elettrone può cadere su un'orbita più bassa (più vicina al nucleo) emettendo un quanto di energia elettromagnetica (un fotone). Allo stesso modo, può saltare su un'orbita più alta solo assorbendo un fotone. La stabilità dell'idrogeno fu spiegata più in dettaglio da un giovane genio tedesco di nome Wolfgang Pauli, che mostrò come ogni orbita elettronica può accomodare solo un certo numero di elettroni. Quindi, gli elettroni possono cadere su un'orbita più bassa solo se c'è posto."
Diceva questo, accompagnandolo con un'immagine simile a questa, e considerando l'elettrone come una particella, da lui chiamata granello, non avevo nessun problema a capire questa cosa.
[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Modello_atomico_di_Bohr.svg[/img]
Il problema nasce con la frase dopo:
"Vedremo più avanti che non si possono considerare gli elettroni come piccoli granelli che girano intorno al nucleo, ma piuttosto come onde, e ogni onda elettronica si estende tutta intorno al nucleo."
Non riesco a conciliare il concetto di elettrone=onda al fatto che su ogni orbita ci possa stare più di un elettrone. Se l'elettrone è un'onda che si estende tutta intorno al nucleo, come può essere che ci sia spazio per un'altra onda? Se invece si considera elettrone=particella, è molto più semplice da immaginare.
Sto leggendo questo libro sulla meccanica quantistica.
L'autore, Jim Al-Khalili, dice questo:
"Bohr postulò che l'energia degli elettroni nell'atomo è essa stessa quantizzata; cioè, gli elettroni non sono liberi di seguire qualunque orbita, come le leggi di Newton prevedevano, ma solo certe orbite discrete, come se ci fossero binari concentrici: un treno o sta su un binario o sull'altro, non a metà. Un elettrone può cadere su un'orbita più bassa (più vicina al nucleo) emettendo un quanto di energia elettromagnetica (un fotone). Allo stesso modo, può saltare su un'orbita più alta solo assorbendo un fotone. La stabilità dell'idrogeno fu spiegata più in dettaglio da un giovane genio tedesco di nome Wolfgang Pauli, che mostrò come ogni orbita elettronica può accomodare solo un certo numero di elettroni. Quindi, gli elettroni possono cadere su un'orbita più bassa solo se c'è posto."
Diceva questo, accompagnandolo con un'immagine simile a questa, e considerando l'elettrone come una particella, da lui chiamata granello, non avevo nessun problema a capire questa cosa.
[img]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Modello_atomico_di_Bohr.svg[/img]
Il problema nasce con la frase dopo:
"Vedremo più avanti che non si possono considerare gli elettroni come piccoli granelli che girano intorno al nucleo, ma piuttosto come onde, e ogni onda elettronica si estende tutta intorno al nucleo."
Non riesco a conciliare il concetto di elettrone=onda al fatto che su ogni orbita ci possa stare più di un elettrone. Se l'elettrone è un'onda che si estende tutta intorno al nucleo, come può essere che ci sia spazio per un'altra onda? Se invece si considera elettrone=particella, è molto più semplice da immaginare.
Risposte
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"Diplomacy":
... io cerco di farmi un immagine nella mente di quello di cui si sta parlando. Lo faccio per capire meglio.
......
Se invece si considera elettrone=particella, è molto più semplice da immaginare.
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"Noi fisici ci occupiamo di come funziona il mondo, il perché lo lasciamo ad altri."
Anche se senza dubbio, per ora , questo è vero , la cosa mi rende molto triste.
Si potrebbe anche citare il princpio di corrispondenza (le leggi della MQ devono ridursi a quelle della MC quando potrebbe essere applicata quest'ultima). Insomma, della MC non si butta via nientd che possa essere riutilizzato anche solo come base di partenza. Però questo non vuol dire che la MQ non sia strana e vada "accettata" la sua stranezza.
Di esperimenti ce ne sono tanti, e il libro di Picasso ne cita diversi. Il problema è che ne cita anche di ipotetici (nel senso di esperimenti realizzabili e utili ma mai realizzati nella pratica), e non è che studiando abbia fatto tanta attenzione a questo "cavillo" storico. Quando riavrò il libro ci riguardo e ti scrivo.
Di esperimenti ce ne sono tanti, e il libro di Picasso ne cita diversi. Il problema è che ne cita anche di ipotetici (nel senso di esperimenti realizzabili e utili ma mai realizzati nella pratica), e non è che studiando abbia fatto tanta attenzione a questo "cavillo" storico. Quando riavrò il libro ci riguardo e ti scrivo.
Il legame tra meccanica classica e quantistica è stabilito dal teorema di Ehrenfest: sotto opportune condizioni le leggi quantistiche si riconducono a quelle classiche; e questa è un requisito fondamentale di ogni teoria fisica. Una delle conferme più forti credo sia il confronto fra il valore misurato e quello teorico dato dalla QED [nota]meccanica quantistica + relatività ristretta per l'interazione elettromagnetica.[/nota] per il fattore giromagnetico dell'elettrone... per quanto riguarda gli esperimenti lascio la parola a giuliofis 
"giuliofis":
[quote="Diplomacy"]Beh, allora me ne farò un ragione! Grazie!
È il modo migliore secondo me, senza ricercare parallelismi fuorvianti con il mondo macroscopico, che portano più che altro a finte comprensioni e storpiamenti delle cose.Il mondo microscopico è strano, sì, ma così vanno le cose, e come disse il mio professore di Fisica 2: "Noi fisici ci occupiamo di come funziona il mondo, il perché lo lasciamo ad altri."[/quote]
In effetti anche l'autore stesso ripete più volte frasi come: conosciamo bene le leggi del mondo macroscopico, ma nel mondo del microscopico, non valgono. Lì, è la meccanica quantistica che la fa da padrone. Quindi in pratica ci sono due sistemi di leggi differenti, che vanno applicati a due mondi differenti.
PS: per curiosità, che esperimenti sono stati fatti per confermare la validità della meccanica quantistica?
"Diplomacy":
Beh, allora me ne farò un ragione! Grazie!
È il modo migliore secondo me, senza ricercare parallelismi fuorvianti con il mondo macroscopico, che portano più che altro a finte comprensioni e storpiamenti delle cose.Il mondo microscopico è strano, sì, ma così vanno le cose, e come disse il mio professore di Fisica 2: "Noi fisici ci occupiamo di come funziona il mondo, il perché lo lasciamo ad altri."
Sono in 5a ragioneria..
Comunque si in effetti non mi è familiare nulla di quello scritto. Il concetto di derivata si.
Beh, allora me ne farò un ragione! Grazie!
Comunque si in effetti non mi è familiare nulla di quello scritto. Il concetto di derivata si.
Beh, allora me ne farò un ragione! Grazie!
"giuliofis":
Non credi, però, che questa risposta vada oltre il livello da liceo di Diplomacy? Anche la notazione di Newton della derivata credo non gli sia familiare, se pur lo possa essere il concetto di derivata.
Non sapevo fosse al liceo... allora la risposta alla domanda "come posso immaginare queste cose?" potrebbe essere che non puoi immaginare queste cose basandoti sull'intuizione della fisica classica, ma è necessario sviluppare una nuova intuizione basata su nuove regole. Il meglio che puoi fare per ora è convincerti che l'intuizione classica non funziona bene quando si studia il mondo microscopico... i fisici ci hanno messo parecchio tempo a farsene una ragione
"friction":
È difficile descrivere un oggetto quantistico utilizzando termini classici come "onda" e "particella", il concetto stesso di orbita/traiettoria ( come soluzione \(\vec{r}=\vec{r}(t)\) di un'equazione del moto con certe condizioni iniziali \( \vec{r}(0)=\vec{r}_0,\,\dot{\vec{r}}(0)=\dot{\vec{r}}_0\)) non ha senso in termini quantistici (perché?). Quando l'Autore dice che su ogni "orbita" ci può stare al più un elettrone non intende che non ci sia spazio fisico per più di un elettrone (dopotutto gli elettroni per ora sono considerati puntiformi): devi intendere "orbita" (orbitale) come uno stato descritto da certi "numeri quantici" \[|n, l, m_l>\][nota]Ma il pacchetto braket non è caricato?[/nota] (\(n\leftrightarrow\text{energia}, l\leftrightarrow\text{modulo del momento angolare}, m_l\leftrightarrow\text{componente z del momento angolare}\), trascuriamo lo spin) e allora l'idea di Pauli è che in un atomo non ci possano essere due elettroni identitifcati con lo stesso insieme di "etichette"; la natura di questo principio di esclusione si comprende in meccanica quantistica relativistica/teoria dei campi (teorema spin-statistica).
Non credi, però, che questa risposta vada oltre il livello da liceo di Diplomacy? Anche la notazione di Newton della derivata credo non gli sia familiare, se pur lo possa essere il concetto di derivata.
È difficile descrivere un oggetto quantistico utilizzando termini classici come "onda" e "particella", il concetto stesso di orbita/traiettoria ( come soluzione \(\vec{r}=\vec{r}(t)\) di un'equazione del moto con certe condizioni iniziali \( \vec{r}(0)=\vec{r}_0,\,\dot{\vec{r}}(0)=\dot{\vec{r}}_0\)) non ha senso in termini quantistici (perché?). Quando l'Autore dice che su ogni "orbita" ci può stare al più un elettrone non intende che non ci sia spazio fisico per più di un elettrone (dopotutto gli elettroni per ora sono considerati puntiformi): devi intendere "orbita" (orbitale) come uno stato descritto da certi "numeri quantici" \[|n, l, m_l>\][nota]Ma il pacchetto braket non è caricato?[/nota] (\(n\leftrightarrow\text{energia}, l\leftrightarrow\text{modulo del momento angolare}, m_l\leftrightarrow\text{componente z del momento angolare}\), trascuriamo lo spin) e allora l'idea di Pauli è che in un atomo non ci possano essere due elettroni identitifcati con lo stesso insieme di "etichette"; la natura di questo principio di esclusione si comprende in meccanica quantistica relativistica/teoria dei campi (teorema spin-statistica).
Quindi, se io guardo un elettrone, lo vedrò come particella, mentre se non lo guardo non posso stabilire la sua posizione ma posso solo calcolare l'onda di probabilità, cioè la probabilità che ha l'elettrone di trovarsi in un determinato posto intorno al nucleo?
Secondo molte persone l'impostazione didattica sul dualismo onda-particella è fuorviante. Il mondo microscopico ci appare strano perché il nostro cervello si è evoluto nel modo macroscopico, e quando cerchiamo di applicare i nostri schemi mentali al microscopico spesso falliamo. L'elettrone non è né una particella, né un'onda, è un oggetto quantistico. Io ho risolto così: ho accettato che la natura si comporta in modo strano per noi esseri umani, non possiamo farci nulla. Accetta il mondo così come è: strano.
PS: le onde di cui parla l'autore, però, non sono onde nel senso classico, ma un qualcosa di chiamabile "onda di probabilità". È una cosa complessa, difficile da spiegare solo a parole senza creare ulteriore confusione secondo me...
PS: le onde di cui parla l'autore, però, non sono onde nel senso classico, ma un qualcosa di chiamabile "onda di probabilità". È una cosa complessa, difficile da spiegare solo a parole senza creare ulteriore confusione secondo me...
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