Credo sia giunto il momento di sfatare il mito per cui fisica classica e quantistica siano discipline diverse lontane e addirittura inconciliabili. La funzione d'onda utilizzata nella fisica quantistica è stata dedotta dalle equazioni di Maxwell applicate a particelle (come l'elettrone) nel caso stazionario, tenendo conto della quantizzazione dell'energia, e della relatività ristretta. Più fisica classica di così... a parte la quantizzazione dell'energia: e quest'ultimo è uno dei motivi per cui la fisica classica "fallisce" nello spiegare i fenomeni sub-atomici.
Per contro la fisica quantistica "fallisce" nello spiegare fenomeni macroscopici: per quanti sforzi si siano fatti la gravità quantistica rimane una chimera (forse proprio perchè la gravità non è una forza, e quindi il gravitone semplicemente non esiste) e così pure una ipotetica teoria che spieghi tutto. Da questo punto di vista quindi fisica classica e fisica quantistica sono più che altro complementari: ciascuna è necessaria, ma nessuna delle due è sufficiente, e dove una fallisce l'altra ci azzecca.

In questi giorni sto vendemmiando e arrivo a casa stanco e ho quache difficoltà a mettermi al pc.. Vedo molta partecipazione e mi fa piacere.

Per ora contribuisco con questo link: dal punto di vista didattico è fatto benissimo. Raccomando di ascoltarlo più volte per avere ben chiaro quello che spiega il bravissimo divulgatore.

Ho letto i post e questo risponderebbe ad alcuni interrogativi.

Ecco il link: http://www.youtube.com/watch?v=nN3BWe4LanQ

Per me questo è il punto di inizio e non andrò avanti se qualcuno non mi spiega (in maniera differente da come l'hai detta tu) cosa ha compreso (io poco... ma sfido tutti, senza fare copia incolla, a spiegarlo meglio di te).

E' necessario fermarsi su questo punto perchè si comprenda in modo quasi maniacale che la fisica quantistica non nasce per motivi metafisici, ma solo per risolvere praticamente un nonsense derivante dalle precedenti conoscenze. A quel punto bisognerebbe andare ancora più a ritroso e spiegare cosa si conosceva, o si pensava di conoscere.

Siccome ancora nessuno risponde, provo quando meno a tracciare (non sarà facile e non ci riuscirò completamente) la quantità di roba che hai postato.

Eretiko, lo dico subito, io so che sei preparato e certamente non andrò a chiedere spiegazioni a Giorgiosan che intanto saluto, sapendo che non lo è. Quindi le domande che faccio potrebbero essere pertinenti o meno, e potresti aver voglia di rispondere o no, però sappi che le domande le pongo perchè penso che le eventuali risposte andrebbero tutto a beneficio di chi non mastica (come me) certi concetti e quindi non sa da dove esce fuori la meccanica quantistica. Io mi sono già posto i problemi, ma non li ho risolti, ed anche se pensassi di averli risolti, avrei qualche dubbio . Penso però anche a chi non si è mai posto alcun problema e quando sente parlare di meccanica quantistica pensa solo alla "non-localita" (parola tutta da vivere).
Quindi senza alcuna fretta... io faccio le domande, poi magari qualcun altro potrà tentare di rispondermi.


Orbene, che io possa sapere cos'è un forno o un camino non ci piove, ma che vuol dire che un corpo nero può assorbire e riemettere tutte le frequenze? Prima di tutto perchè riemette le frequenze e cosa sono, e poi perchè le assorbe e le riemette?


Questa è roba forte, bisognerebbe sbriciolarla un po'. Non so nemmeno da dove incominciare.
Sicuramente il corpo nero sarà una cavità incaldescente. Le pareti di questa cavità (che ricordiamo può essere formato di qualsiasi materiale, ferro, pietra, rame ecc.) cosa assorbono e cosa emettono? E perchè questo assorbimento/emissione deve essere in funzione della temperatura? In che senso lo è?
cosa significa, in particolare che:
la potenza, ad una data temperatura, era bassa alle basse frequenze, poi aumentava, per decrescere di nuovo alle alte frequenze.

Cerco di usare un linguaggio mio personale, improprio.
Io ho un forno, tipo quelli che utilizzano i panettieri. All'interno accendo il classico fuoco. Posso utilizzare la legna, ma anche altro materiale. Dal momento in cui accendo il forno, mi aspetto che la temperatura all'interno delle pareti salga? Giusto? Infondo la temperatura è legata all'entropia, e se accendo un fuoco all'interno di un forno (come succede anche nelle abitazioni) tutte le particelle all'interno incominciano a muoversi velocemente. La temperatura sale...sale...sale almeno fino a che non sia tutto bruciato. [Questo discorso terra-terra ha attinenza in qualche modo con quel che era la motivazione dei fisici dell'epoca a utilizzare un corpo nero "ideale" quando non si trovarono ai conti?]
In altre parole ci si poteva aspettare cosa, e anzi era proprio quel che succedeva? Ad un certo punto il forno si spegne (o no?), in quanto tra emissione e assorbimento c'era equilibrio (equilibrio termico).
Però succede che...la teoria allora diceva qualcosa di diverso.

Cosa diceva la teoria; in quali condizioni la teoria dell'epoca coincideva con quel che succedeva realisticamente in un corpo nero e invece quali erano le condizioni reali che non permettevano alla teoria di predire quel che succedeva?

se sono stato confusionario... è vero! Ma dalla confusione che nasce l'ordine.
Non ho fatto copia incolla (non sarei mai riuscito ad essere tanto confusionario), però mi metto in un angolino e cerco di capire (ascoltando o leggendo) cosa storicamente ha fatto in modo che nascesse la meccanica quantistica. Spero che lo facciano tutti quelli che ne vogliono parlare, altrimenti è troppo facile partire dalla non-località e dire tutto e il contrario di tutto. Umilmente uno dice, non ho capito...alza la manina è dice: scusi cosa ha detto?

Tenterò di spiegarmi in modo più comprensibile, anche se dovrò necessariamente essere un pò più tecnico e il post sarà lunghetto.

Dunque partiamo dalle conoscenze di metà ottocento:
1) Wien aveva trovato le curve sperimentali di radiazione del corpo nero: un contenitore, scaldato, con un piccolo forellino da cui usciva la luce emessa, un prisma per dividere la luce, ed ottenne le famose curve a campana.
2) Un certo Maxwell aveva trovato una teoria unica che comprendeva tutti i fenomeni elettromagnetici e la luce stessa.
3) Risultava chiaro che esisteva una relazione tra la temperatura di un corpo e la frequenza della radiazione emessa: scaldando un metallo lo si fa diventare prima rosso, poi giallo e infine bianco.
4) La radiazione emessa da un corpo caldo doveva quindi essere composta di onde em.

Si trattava ora di trovare una teoria in grado di spiegare la radiazione e di spiegare le curve a campana ottenute sperimentalmente.
L'idea geniale venne a Lord Rayleigh e Jeans, che formularono la famosa legge che porta il loro nome; se tutti gli atomi della superficie di un corpo si comportano come piccoli oscillatori armonici, quando assorbono energia (fornita mediante il calore) vibrano ed emettono onde a varie frequenze. Un oscillatore armonico può vibrare ad una frequenza fondamentale, chiamiamola f, e può vibrare a frequenze multiple (dette armoniche): 2f, 3f, 4f, e così via. Ciascun atomo avrà frequenze fondamentali un pò diverse da gli altri e quindi alla fine il corpo può emettere onde di qualsiasi frequenza (le fondamentali più le loro armoniche superiori). La spiegazione calzava perfettamente con i dati sperimentali a basse temperature e basse frequenze, ma falliva ad alte temperature ed alte frequenze. Infatti non vi era motivo (all'epoca) di ritenere che l'energia media di tutti questi oscillatori armonici si distribuisse in modo diverso alle varie frequenze, quindi nel formulare la teoria Rayleigh e Jeans si attennero alla termodinamica statistica nota a quei tempi (sul tipo di quella applicata ai gas): l'energia media è identica per tutti gli oscillatori a tutte le frequenze. Con questa ipotesi la somma di tutti i contributi di tutti gli oscillatori diventava crescente con la frequenza, al limite si otteneva un 'energia infinita (perchè le armoniche sono in teoria infinite). Questo problema è noto come "divergenza ultravioletta" e non si verifica in pratica, quindi nella teoria c'era qualcosa di sbagliato.
Plank manipolò le equazioni di Rayleigh e Jeans per adattarle ai dati sperimentali; con qualche artifizio matematico introdusse dei termini correttivi alle alte frequenze in modo che l'energia totale non fosse più equipartita tra tutti gli oscillatori (anche se non vi era un motivo teorico per giustificare la modifica). La legge di Plank si differenziava dalla precedente solo per un piccolo (ma determinante) particolare: l'energia necessaria a mettere in vibrazione gli atomi alle alte frequenze doveva essere molto maggiore di quella necessaria alle basse frequenze, e Plank fece quindi l'ipotesi più semplice, ovvero che l'energia fosse una funzione lineare della frequenza (la famosa relazione E = hf, con h costante da determinare).
Con questa semplice assunzione avviene un fatto notevole: se un atomo ha una frequenza di risonanza (il suo modo di oscillazione fondamentale) pari ad f, allora vibra con un'energia minima pari a E = hf. Il modo superiore, quello di seconda armonica, vibra con un'energia minima pari a E = 2hf; il modo di terza armonica E = 3hf... e così via.
Quindi all'aumentare della frequenza aumenta proporzionalmente la quantità minima di energia in grado di far vibrare l'atomo a quella frequenza e si scongiura così la divergenza dell'ultravioletto. Infatti ad una data temperatura, quando il corpo è in equilibrio termico, l'energia fornita non è più in grado di eccitare gli atomi alle alte frequenze, e l'intensità della radiazione diminuisce in accordo con i dati sperimentali.
La quantizzazione dell'energia è presto spiegata: se l'energia minima è E = hf, allora per innescare la vibrazione sulla seconda armonica serve un'energia pari a E = 2hf; se gli cediamo un valore intermedio, tipo 1.5hf, l'atomo continua a vibrare a frequenza f, ovvero possiamo vendere all'atomo solo pinte di energia impacchettate in quantità pari a hf.
Inizialmente nemmeno Plank credeva più di tanto alla sua ipotesi (soprattutto per il legame lineare energia-frequenza, in contrasto con le equazioni di Maxwell sulle onde em) ed anche gli altri fisici dell'epoca giudicavano la sua teoria con sospetto. Tutti eccetto uno: Einstein. Infatti questi applicò con successo l'ipotesi di Plank all'effetto fotoelettrico, dimostrando che sia l'emissione di energia sia il suo assorbimento avviene a "pacchetti" discreti e che l'incidenza di un raggio di luce su una superficie metallica che libera elettroni assomiglia stranamente a un urto meccanico tra i "quanti" incidenti e gli elettroni stessi.

Ritengo che Luca1988 abbia colto un punto davvero importante, chiedendosi se la materia possa essere infinitamente divisibile.

Questa possibilità era stata infatti esclusa già con Democrito perché considerata assurda: poiché la divisione è possibile solo per la presenza del vuoto, una divisione infinita significherebbe che la materia è fatta di vuoto…
L’atomo indivisibile ha sorretto la nostra comprensione del mondo dandogli concretezza. E anche oggi, queste benedette particelle ancor più elementari sono quel “qualcosa” che “è”.

Mi sono interessato alla fisica del microcosmo leggendo dei libri divulgativi, facendo ricorso alle poche reminiscenze rimaste dei miei lontani studi universitari in telecomunicazioni (la vita ha poi seguito altre strade), e ciò che più mi ha colpito… è riscontrare come le particelle elementari abbiano perso ogni legame con il concetto classico di materia, per diventare: pure formule matematiche!

La particella, che pensavo dovesse essere qualcosa di fisico, ossia che c’è, che occupa uno spazio, è diventata effimera, ora materia ora vuoto, e per darle consistenza si sono dovuti ipotizzare altri spazi, altre dimensioni dove collocarla e da dove, in certe condizioni, essa può sortire per riapparire nel nostro spazio.

Secondo me, con il nostro bisogno di oggettivare non potevamo che giungere a questo punto, e poi magari andremo ancora più in profondità.
Perché, riflettendoci, è proprio lo stesso concetto di “atomo” a essere assurdo nell’esserci. La particella indivisibile di materia è infatti un assoluto, e per questo motivo non può proprio appartenere all’esserci, che è relativo. L’assoluto non può sussistere con il relativo!

Se vi fosse uno spazio anche infinitesimo occupato da “vera materia” (assoluto), nella quale non possa perciò esservi alcun vuoto, il nostro universo ne sarebbe annichilito! E lo stesso avverrebbe nel caso di uno spazio pur piccolo assolutamente vuoto.
Materia e vuoto sono due impostori, uno dona significato all’altro in un gioco senza fine, ma in se stessi non ci sono.
E lo stesso avviene per Materia ed Energia…

Le matriosche non possono avere fine, o si continua a scoprirne un’altra più piccola, o si ricomincia tutto d’accapo con una nuova, senza mai giungere all’ultima: sarebbe un assoluto.

Il domandarsi se la materia sia divisibile all’infinito può portarci davanti una situazione-limite, e lì…

Secondo me non potevi essere più chiaro.

Solo un chiarimento. Quando si parla di frequenza parliamo di cosa in particolare? Se non ricordo male la frequenza ha qualche attinenza anche con il tempo e questo con la ciclicità dell'evento. Se la frequenza aumenta, significa (dimmi se sbaglio) che il ripetersi dell'evento avviene in una unità di tempo sempre più breve. E' chiaro a tutti (spero) che la lunghezza d'onda in questo caso diventa man mano sempre più corta. Quindi a frequenza più elevata abbiamo unità di misura temporale più breve e la lunghezza d'onda si restringe.
Cosa però vediamo noi come osservatori? Da cosa ce ne accorgiamo che la lunghezza d'onda si sta restringendo e quindi la frequenza aumentando? Non ce ne accorgiamo dal "colore". E qual è il colore che corrisponde alla descrizione che abbiamo appena fatto, non è per caso l'ultravioletto?
Ecco perchè si chiama la catastrofe dell'ultravioletto.

Sotto quindi una certa soglia temporale (Eretiko, guarda sempre se c'è l'errore grossolano), ad alte frequenze, e lunghezze d'onda cortissime, pari a quel che significa h (costante di Planck), le cose cambiano e per avere (come giustamente dicevi tu) la vibrazione della seconda armonica, l'energia deve essere pari a E=2hf e no qualche valore intermedio preso dal continuum tra 1 e 2 (tipo 1,5).

Una nota storica, anzi una nota stonata, c'è chi mette in discussione che Planck si sia reso conto di aver introdotto la quantizzazione dell'energia. Lui ha fatto dei conti (introducendo questo artifizio) e solo dopo poche ore gli è arrivata la conferma dei dati sperimentali. Si, perchè allora c'era una convergenza fra esperimento, teoria e tecnica (per fare esperimenti di un certo valore teorico bisogna infatti essere avanzati nella costruzione degli strumenti di misurazione). Planck in effetti per tutta la vita tentò altre strade, ma solo quella che aveva introdotto nella sua prima formulazione sembrava (come dice anche il tema proposto da Ulysse) una legge efficace.

Comincio da Bohr.
1913.
Bohr presenta un modello di atomo che è analogo ad un sistema solare. Il modello faceva riferimento all’atomo di idrogeno che è il più semplice della tavola periodica.
Esso è costituito da un solo elettrone (che possiede una carica negativa) che ruota attorno al nucleo costituito da un solo protone (che possiede una carica positiva).

Sulla base della teoria elettromagnetica e della meccanica newtoniana l’atomo dovrebbe essere altamente instabile: l’elettrone, emettendo radiazioni perderebbe progressivamente energia e quindi percorrerebbe orbite sempre più vicine al nucleo collassando su questo.
Essendo invece la materia evidentemente stabile significa che questo modello teorico doveva essere corretto.

A questo punto Bohr prese in considerazione la teoria della radiazione di Plank.

Plank aveva teorizzato che alcune quantità di certi sistemi fisici quali l’energia e il momento angolare possono variare soltanto di valori discreti, valori discreti che Plank chiamò quanti (origine del nome dato alla meccanica che si applica alle particelle atomiche e subatomiche).
Cosa significa sistema o insieme discreto? Un sistema costituito da valori che non rappresentano un continuo ma da valori puntuali, isolati, come è, per esempio,l’insieme dei numeri naturali … 1 2 3 4 … .

Bohr “ridisegnò” l’atomo così:
vi erano solo delle orbite permesse dove possono collocarsi gli elettroni , tutte le altre regioni dello spazio attorno al nucleo non sono accessibili.

Se un fotone colpisce un elettrone in una determinata orbita trasmettendogli energia sufficiente quell’elettrone salta in un orbita più lontana dal nucleo.
L’elettrone eccitato può emettere fotoni, perdendo energia , e scendendo quindi a livelli più bassi, non in maniera continua ma passando a livelli intermedi, livelli di energia discreti, che sono chiamati i salti quantici.
Quindi le emissioni non sono continue ma discontinue e questo corrispondeva alle rilevazioni.

Bohr non seppe dire perché vi erano regioni consentite all’elettrone ed altre no.

Per Albert Einstein questo modello era valido
per Max Born al contrario era una teoria magica.

Prima di proseguire bisogna conoscere le diverse epistemologie che sono sottese a questi opposti giudizi.

Tutti i grandi fisici coinvolti nella grande avventura intellettuale del XX secolo non prescindono dalle visioni filosofiche-epistemologiche, che sono strettamente congiunte alle loro fisiche, dalle quali deducono o sono stimolati a teorizzare epistemologie.

Vi ricordo che Heisenberg è ritenuto un filosofo di grande valore … ( sto leggendo il suo Filosofia e fisica che consiglio perché è illuminante riguardo a queste questioni).

Farò seguire a breve le epistemologie a cui fanno capo Einstein e Born.

(L'ordine che voglio seguire è un pressapoco quello proposto da Dubbio.

Edit: mi sembrava proposto anche da Dubbio ma verificando non l'ho trovato .. )

Vado, però, piano piano ... e se questo post è troppo semplice ...pazienza ognuno ha il suo metodo.

E' proprio così. E visto che parliamo di onde si contano quante "creste" passano per una fissata sezione in un secondo. Quella è la frequenza. La lunghezza d'onda è invece proprio la distanz atra 2 creste successive: più è alta la frequenza più diminuisce la lunghezza d'onda, come hai anche detto nel tuo post.


Invece sì, proprio dal colore, perlomeno se rientra nella gamma del visibile: bassa frequenza = rosso, medie frequenze = giallo/verde, alte frequenze = blù. Oppure luce bianca perchè abbiamo una mescolanza di molte radiazioni con frequenze distribuite più o meno uniformemente nello spettro del visibile.

Una nota storica, anzi una nota stonata, c'è chi mette in discussione che Planck si sia reso conto di aver introdotto la quantizzazione dell'energia. Lui ha fatto dei conti (introducendo questo artifizio) e solo dopo poche ore gli è arrivata la conferma dei dati sperimentali.[/quote]

Qualcuno parla addirittura di "bluff matematico": Plank avrebbe (e non lo ha mai negato, infatti nemmeno lui ci credeva) creato solo un artifizio matematico per rendere compatibile la teoria della radiazione con i dati sperimentali. Il problema è che se nella sua legge si prende h sempre più piccolo a piacere, la legge della radiazione si approssima sempre di più a quella classica di Rayleigh e Jeans, con relativa "catastrofe ultravioletta". Al limite ponendo h = 0 ritorna esattamente la legge di Rayleigh e Jeans.
Credo che il primo a utilizzare il termine "energia quantizzata" sia stato Einstein a proposito dell'effetto fotoelettrico: lui prese sul serio il "bluff matematico" di Plank e ci costruì sopra la teoria della quantizzazione ed introdusse per la prima volta il concetto di "quanti di luce" (fotoni), nella quale non credeva nemmeno lo stesso Plank!

Comunque Plank è famoso anche per altre "uscite storiche" soprattutto nei confronti di Einstein. Ad esempio riguardo alla relatività disse ad Einstein:

"Se posso darle un consiglio da amico, io che sono più vecchio di lei, lasci perdere questa idea. Anzitutto non avrà successo, e anche se dovesse averlo nessuno la prenderà sul serio"

Invece nella lettera che Plank inviò come accompagnamento per la proposta di nomina di Einstein all'accademia prussiana egli scrisse:

"che possa a volte aver mancato il bersaglio nelle sue congetture,
come per esempio nel caso dell’ipotesi del quanto di luce, non può essere in realtà considerato troppo grave: è infatti impossibile introdurre idee veramente nuove, anche nelle più esatte delle scienze, senza correre a volte qualche rischio"

Ignorata per quasi quarant'anni, questa teoria mette in dubbio l'immagine probabilistica e soggettivistica della realtà che emerge dalla interpretazione ortodossa della meccanica quantistica

Secondo l'opinione corrente gli studi condotti in questo secolo sul comportamento delle particelle subatomiche hanno accertato almeno tre fatti singolarissimi concernenti la realtà fisica:
primo, i meccanismi più intimi della natura sono governati dal caso;
secondo, benché gli oggetti materiali occupino sempre un certo spazio, esistono situazioni in cui essi non occupano alcuna particolare regione di spazio;
terzo, ed è forse la cosa più sorprendente, le leggi fondamentali che regolano il comportamento degli oggetti fisici «ordinari» non valgono, sotto qualche aspetto essenziale, per gli oggetti che fanno da «strumenti di misura» o da «osservatori».

Questo è comunque quanto fu deciso dai fondatori della meccanica quantistica e che da allora è diventato il dogma più o meno ufficiale della fisica teorica, come si legge in tutti i libri di testo sull'argomento.


Questo articolo che potete leggere per intero qui - ho archiviato il link ma ora non lo trovo - appena lo trovo lo indico - è scritto da Davide Z. Albert (nel numero 311 di Le scienze)
che insegna alla Columbia e qualcosa ne sa ...