Come la scienza di inizio '900 e non solo è uscita dalla crisi del positivismo
Partendo dal Gatto di Schroedinger, alcune considerazioni sulla natura della Meccanica quantistica e qualche cenno ad altre note "non del tutto deterministiche"
Presentazione semplice basata su http://www.infn.it/multimedia/particle/paitaliano/startstandard.html
usata nell'incontro di preparazione della conferenza del prof. Bertolucci del 19 maggio 2012 presso Romero di Albino
Presentazione semplice basata su http://www.infn.it/multimedia/particle/paitaliano/startstandard.html
usata nell'incontro di preparazione della conferenza del prof. Bertolucci del 19 maggio 2012 presso Romero di Albino
Antigravità. Dalla gravità repulsiva ai propulsori a curvatura spazio-temporale.Fausto Intilla
Nel breve excursus a carattere divulgativo presentato in questo volume si parte dal concetto di gravità repulsiva, fino ad arrivare alle teorie più controverse e speculative sulla possibilità di modificare lo spazio–tempo (per compiere dei viaggi interstellari a velocità superluminali) con i cosiddetti “propulsori a curvatura”; passando per l’elettroidrodinamica e la più complessa e promettente magnetoidrodinamica, senza tralasciare tutte quelle teorie ed invenzioni, purtroppo mai risultate applicabili, brevettate nella seconda metà del secolo scorso. Vengono inoltre esposti i dettagli tecnici dei tentativi sperimentali di scoprire un’eventuale “forza antigravitazionale”, compiuti fino alla fine degli anni Novanta da alcuni scienziati di diverse nazionalità nell’ambito dei materiali superconduttori. Il percorso si conclude con un rapporto sui personaggi, le società e le industrie aeronautiche, militari e civili, che dal 1955 al 1974 sono state coinvolte nella ricerca incentrata sul controllo della gravità e sulle sue possibili applicazioni nell’ambito dell’aeronautica terrestre e spaziale.
Spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classicomadero
Spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classico
a cura di Adriano Morando
Docente di Elettrotecnica e di Storia ed Epistemologia delle Scienze Elettromagnetiche presso il Politecnico di Milano
"La triplice alleanza spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classico"
Maggiori informazioni: http://www.oilproject.org/EVENT251
Simmetrie dell'universo, dalla scoperta dell'antimateria a LHC, Edizioni Deda...Paolo Berra
Symmetries of the Universe, from the discovery of antimatter to LHC
Paolo Berra
Short info.
An exciting story about the discoveries of the modern physics, a time travel to discover the origins of the most recent theories about the antimatter, the origin of the Universe and the unified laws that govern it. The personal anecdotes about the greatest scientists tell us a story that goes from the infinitely small of the elementary particles to the interstellar travels, exploring the vastness of the Universe, and give to the book an original and charming approach. The book reveals, in a simple way, the secrets of the current experiments with large particle accelerators, like the Large Hadron Collider LHC at CERN in Geneva. The studies on the asymmetry between matter and antimatter in the Universe, the recent discovery of the Higgs boson, the creation of antimatter atoms in the laboratory are just some of the fascinating challenges for the physics of the new millennium.
Energia e Informazione: La realtà dei bit, attraverso la fisica dei buchi neri.Fausto Intilla
Massa, Energia, Informazione ...tre nomi diversi per esprimere un solo concetto di Realtà; sono questi i tre aspetti tipici che può assumere la natura del mondo che ci circonda e guardando oltre, dell’intero Universo.
Da sempre la simmetria ha giocato un ruolo fondamentale nello svilppo dei fenomeni naturali e nel modo in cui l'uomo li descrive. Molti corpi che ci circondano sono simmetrici, cioè non cambiano sotto una certa trasformazione geometrica, come una traslazione, una riflessione, una rotazione. Ad esempio il corpo umano e molti degli organismi superiori possiedono una simmetria bilaterale mentre i fiocchi di neve ed le sostanze cristalline come il diamante possiedono simmetrie di rotazione. L'uomo ha da sempre percepito la bellezza della simmetria e ne ha ripetuto le forme nell'arte, nell'architettura, nella musica. Fin dai tempi antichi la filosofia e la scienza hanno riconosciuto nella simmetria un elemento essenziale per la descrizione dei fenomeni naturali, fino a diventare, con Galileo prima e Einstein successivamente, base fondante della nostra comprensione della realtà, principio fondamentale piuttosto che conseguenza accidentale. L'invarianza perde in questo caso la caratteristica meramente geometrica, e si estende a descrivere l'equivalenza di differenti sistemi di riferimento per quanto riguarda la descrizione dei fenomeni naturale. Galileo la usa per dedurre l'impossibilità di dimostrare che la terra è al centro dell'universo; Einstein, per rivoluzionare la nostra concezione del mondo con la sua teoria della relatività. Ma forse il significato più profondo dell'invarianza viene reso esplicito da Emmy Noether, che dimostra come ad ogni simmetria corrisponda direttamente una quantità conservata, cioè che non varia nel tempo. In fondo le leggi fisiche che conosciamo derivano in qualche modo da un principio di simmetria.
In questa conferenza, destinata ad un pubblico di non specialisti curiosi di scienza, percorrerò a grandi passi la storia della simmetria, dalle sue realizzazioni nella natura, nell'architettura, e nella musica, al suo ruolo come principio ispiratore dello sviluppo scientifico, e come base fondante della nostra descrizione moderna del mondo fisico.
Antigravità. Dalla gravità repulsiva ai propulsori a curvatura spazio-temporale.Fausto Intilla
Nel breve excursus a carattere divulgativo presentato in questo volume si parte dal concetto di gravità repulsiva, fino ad arrivare alle teorie più controverse e speculative sulla possibilità di modificare lo spazio–tempo (per compiere dei viaggi interstellari a velocità superluminali) con i cosiddetti “propulsori a curvatura”; passando per l’elettroidrodinamica e la più complessa e promettente magnetoidrodinamica, senza tralasciare tutte quelle teorie ed invenzioni, purtroppo mai risultate applicabili, brevettate nella seconda metà del secolo scorso. Vengono inoltre esposti i dettagli tecnici dei tentativi sperimentali di scoprire un’eventuale “forza antigravitazionale”, compiuti fino alla fine degli anni Novanta da alcuni scienziati di diverse nazionalità nell’ambito dei materiali superconduttori. Il percorso si conclude con un rapporto sui personaggi, le società e le industrie aeronautiche, militari e civili, che dal 1955 al 1974 sono state coinvolte nella ricerca incentrata sul controllo della gravità e sulle sue possibili applicazioni nell’ambito dell’aeronautica terrestre e spaziale.
Spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classicomadero
Spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classico
a cura di Adriano Morando
Docente di Elettrotecnica e di Storia ed Epistemologia delle Scienze Elettromagnetiche presso il Politecnico di Milano
"La triplice alleanza spazio, tempo, materia: Maxwell e l’Elettromagnetismo classico"
Maggiori informazioni: http://www.oilproject.org/EVENT251
Simmetrie dell'universo, dalla scoperta dell'antimateria a LHC, Edizioni Deda...Paolo Berra
Symmetries of the Universe, from the discovery of antimatter to LHC
Paolo Berra
Short info.
An exciting story about the discoveries of the modern physics, a time travel to discover the origins of the most recent theories about the antimatter, the origin of the Universe and the unified laws that govern it. The personal anecdotes about the greatest scientists tell us a story that goes from the infinitely small of the elementary particles to the interstellar travels, exploring the vastness of the Universe, and give to the book an original and charming approach. The book reveals, in a simple way, the secrets of the current experiments with large particle accelerators, like the Large Hadron Collider LHC at CERN in Geneva. The studies on the asymmetry between matter and antimatter in the Universe, the recent discovery of the Higgs boson, the creation of antimatter atoms in the laboratory are just some of the fascinating challenges for the physics of the new millennium.
Energia e Informazione: La realtà dei bit, attraverso la fisica dei buchi neri.Fausto Intilla
Massa, Energia, Informazione ...tre nomi diversi per esprimere un solo concetto di Realtà; sono questi i tre aspetti tipici che può assumere la natura del mondo che ci circonda e guardando oltre, dell’intero Universo.
Da sempre la simmetria ha giocato un ruolo fondamentale nello svilppo dei fenomeni naturali e nel modo in cui l'uomo li descrive. Molti corpi che ci circondano sono simmetrici, cioè non cambiano sotto una certa trasformazione geometrica, come una traslazione, una riflessione, una rotazione. Ad esempio il corpo umano e molti degli organismi superiori possiedono una simmetria bilaterale mentre i fiocchi di neve ed le sostanze cristalline come il diamante possiedono simmetrie di rotazione. L'uomo ha da sempre percepito la bellezza della simmetria e ne ha ripetuto le forme nell'arte, nell'architettura, nella musica. Fin dai tempi antichi la filosofia e la scienza hanno riconosciuto nella simmetria un elemento essenziale per la descrizione dei fenomeni naturali, fino a diventare, con Galileo prima e Einstein successivamente, base fondante della nostra comprensione della realtà, principio fondamentale piuttosto che conseguenza accidentale. L'invarianza perde in questo caso la caratteristica meramente geometrica, e si estende a descrivere l'equivalenza di differenti sistemi di riferimento per quanto riguarda la descrizione dei fenomeni naturale. Galileo la usa per dedurre l'impossibilità di dimostrare che la terra è al centro dell'universo; Einstein, per rivoluzionare la nostra concezione del mondo con la sua teoria della relatività. Ma forse il significato più profondo dell'invarianza viene reso esplicito da Emmy Noether, che dimostra come ad ogni simmetria corrisponda direttamente una quantità conservata, cioè che non varia nel tempo. In fondo le leggi fisiche che conosciamo derivano in qualche modo da un principio di simmetria.
In questa conferenza, destinata ad un pubblico di non specialisti curiosi di scienza, percorrerò a grandi passi la storia della simmetria, dalle sue realizzazioni nella natura, nell'architettura, e nella musica, al suo ruolo come principio ispiratore dello sviluppo scientifico, e come base fondante della nostra descrizione moderna del mondo fisico.
Che cosa sono la materia e l’antimateria? Perché il nostro mondo è fatto solo di materia? Che fine ha fatto l’antimateria che si era creata nel Big Bang? La ricerca delle risposte a queste ed altre domande ha portato un gruppo di fisici italiani ai due capi del globo, dove acceleratori molto intensi e rivelatori ad elevata tecnologia (anche italiana) permettono di esplorare la fisica di precisione che ci può aiutare a capire perché il mondo è quello che conosciamo. Un’avventura iniziata più di vent’anni fa a SLAC in California e che prosegue oggi a KEK in Giappone. Raccontata, senza prendersi troppo sul serio, da un livornese trapiantato a Pisa.
Presentazione di tesina di maturità.
Titolo: Relativo o Assoluto?
Descrizione: Analisi di varie teorie, delle più disparate discipline, incentrate sul concetto che la realtà è relativa all'osservatore, usate per discutere se questa possa essere la verità o se invece quelle stesse teorie portino ad avere una visione più assolutistica della realtà.
Sono analizzate: la teoria della relatività ristretta e generale, la "critica della ragion pura" di Kant e il relativismo Pirandelliano.
2. Una passeggiata un po' .. azzardata ..
● La crisi del positivismo (la vita è fatta di scelte)
● Un felino “trascendente”
● Uno scontro tra giganti...
● ...dall'esito (in)certo
● Mettiamo un po' di ordine
2
3. Dal 1800 al 1900
● 1814: Fraunhofer e le righe nello
spettro
● 1888: Hertz e le onde
elettromagnetiche
● 1828: Brown e il moto ● 1896: Boltzmann e la statistica
● 1831: Henry e l'induzione ● 1897: Marie Curie e le radiazioni
elettromagnetica
● 1905: Einstein e la relatività
● 1838: Bessel e la distanza delle ristretta
stelle
● 1910: Planck e il corpo nero
● 1855: Maxwell e le equazioni
● 1911: Rutherford e l'atomo; Leavitt
● 1871: Darwin e l'evoluzione e le stelle variabili
● 1881: Otto e il motore a scoppio ● 1912: Wegener e la deriva dei
● 1879: Edison e la lampadina continenti
● 1882: Koch e i batteri
3
4. Qualche domanda per il positivismo...
● Cos'è il tempo?
● Ammesso di saperlo, è lo stesso dappertutto?
● Chi ha ragione tra Lorentz e Galileo?
– E l'etere?
● Come fa il Sole a mandare energia?
● Si va verso il disordine?
● Le domande di Nietszche e Mach
– La scienza è una convenzione?
– Non ci sono fatti, solo interpretazioni
4
7. Come fa ad essere vivo E morto?
Si rinchiuda un gatto in una scatola d’acciaio insieme alla seguente macchina
infernale (che occorre proteggere dalla possibilità d’essere afferrata
direttamente dal gatto): in un contatore Geiger si trova una minuscola porzione
di sostanza radioattiva, così poca che nel corso di un’ora forse uno dei suoi
atomi si disintegrerà, ma anche, in modo parimenti probabile, nessuno; se
l'evento si verifica il contatore lo segnala e aziona un relais di un martelletto
che rompe una fiala con del cianuro. Dopo avere lasciato indisturbato questo
intero sistema per un’ora, si direbbe che il gatto è ancora vivo se nel frattempo
nessun atomo si fosse disintegrato, mentre la prima disintegrazione atomica lo
avrebbe avvelenato. La funzione dell’intero sistema porta ad affermare che in
essa il gatto vivo e il gatto morto non sono stati puri, ma miscelati con uguale
peso (1935)
7
8. Come era cominciata...
La catastrofe
14 dicembre 1900 ultravioletta
Società di Fisica di Berlino
8
9. Il problema della continuita'
● La costante di Planck ● L'atomo di Bohr
– Quantizzazione – Elettroni in moto ed
● Energia energia irradiata...
● Momento angolare – I numeri quantici
● Frequenza degli (orbite equienergetiche)
oscillatori
E=h ν
−34
h=6,626⋅10 Js
9
10. Il problema della causalita'
⃗
F =m⋅a
⃗ ● Decadimenti
– Chi li provoca?
● In meccanica classica,
conoscendo velocità e
– Qual è la legge
posizioni in un certo temporale?
istante possiamo
calcolare tutto il moto...
10
11. Il problema della casualita'
● Gli stati e la loro ● Natura stocastica
sovrapposizione delle misure
● Il ruolo ● Il principio di
dell'osservatore indeterminazione
– Misurare lo stato di Δ p Δ x⩾h
un sistema
Δ E Δ t⩾h
11
12. Heisenberg
● Matrix mechanics
– Ogni grandezza è
una matrice Maggiore è l'energia
– Proprietà dei fotoni, più sono
preciso nella misura
commutativa del della posizione, ma
prodotto matriciale maggiore è la
pressione di
radiazione...
12
13. ancora su Schroedinger
● Le onde di DeBroglie ● … è proprio vero che
e le loro funzioni... la meccanica
● Wave mechanics quantistica non è
deterministica?
– Ogni grandezza è un
operatore – Equazione di
Scrödinger
– Ogni stato di una
h ∂ ̂
particella è un'onda i Ψ= H Ψ
2π ∂t
● Significato
probabilistico
13
14. Nella fisica prequantistica, non c'era alcun dubbio
sul modo di intendere queste cose:
nella teoria di Newton, la realtà era rappresentata
da punti materiali nello spazio e nel tempo;
nella teoria di Maxwell,dal campo nello spazio
e nel tempo.
Nella meccanica quantistica,
la rappresentazione della realtà non è cosi facile.
Alla domanda se una funzione ψ della teoria
quantistica rappresenti una situazione reale effettiva,
nel senso valido per un sistema di punti materiali
o per un campo elettromagnetico,
si esita a rispondere con un semplice "si" o "no".
Perché? 14
15. Einstein
● D'accordo ● In disaccordo
– Discontinuità – Discontinuità
(ipotesi quantistica) ● Legge di Planck
● Effetto fotoelettrico – Natura probabilistica
● Calore specifico degli stati
– Condensazione di
Bose-Einstein
● Interpretazione di
Copenhagen (Bohr)
– Dualismo
onda-particella
– Indeterminazione
● “Dio non gioca a dadi”
● De Broglie
(Solvay 1927)
h Paradosso EPR
λ= ●
p 15
16. Einstein e Bohr
● Il fotone
● Principio di complementarietà
● La scatola di Einstein
16
17. Principio di complementarieta'
«Anche se esiste un corpo di leggi matematiche "esatte", queste non
esprimono relazioni tra oggetti esistenti nello spazio-tempo; è vero che
approssimativamente si può parlare di "onde" e "corpuscoli", ma le
due descrizioni hanno la stessa validità. Per converso, la descrizione
cinematica di un fenomeno necessita dell'osservazione diretta; ma
poiché osservare significa interagire, ciò preclude la validità rigorosa
del principio di causalità.»
Werner Heisenberg
In altre parole:
o descriviamo i fenomeni nello spazio-tempo, ma dovendo tener conto
delle limitazioni date dal principio di indeterminazione;
o usiamo relazioni causali espresse da leggi matematiche, ma allora la
descrizione nello spazio-tempo diventa impossibile.
17
18. Interpretazioni della meccanica quantistica
● Fenomenologia o
formalismo?
● La funzione d'onda
dell'elettrone è
– La densità di carica 5
dell'oggetto in una zona di
spazio infinita, quindi il
campo elettrico reale
(Schrödinger)
– La densità di probabilità di
trovarlo in una certa zona di
spazio (Born) 18
19. Gli assiomi della meccanica quantistica
● Unicità? Completezza? Ne abbiamo (hanno) già parlato...
● Prendiamo quelli più usati (Copenhagen)
– Ad ogni sistema fisico si associa uno spazio di Hilbert � separabile e
a infinite dimensioni. In questo spazio a ciascuno stato del sistema è
associata una direzione
– A ciascuna grandezza osservabile A è associato un operatore lineare
ed autoaggiunto nello spazio. L'insieme dei valori possibili per la
misura di una grandezza è dato dallo spettro dell'operatore ad essa
associato
– Se il sistema fisico si trova in uno stato|ψ〉 la probabilità che
l'osservazione di una grandezza A dia come risultato α è direttamente
proporzionale a 〈αψ〉²
– La misura dell'osservabile A sullo stato |ψ〉, supponendo di aver
ottenuto α come risultato α, proietta |ψ〉 sull'autospazio di α
19
– … e il suo gatto
20. Gli assiomi della meccanica quantistica
● Altre interpretazioni...
– Formalismo e fenomenologia
– Ontologia o epistemologia
● Le difficoltà dell'interpretazione...
– La matematica
– La non-determinazione: ruolo dell'osservatore e il
processo di misura
– La relazione tra eventi remoti
– La non scalabilità
20
21. Altre prove sperimentali (non mentali)
● Diffrazione degli
elettroni da un ● Effetto tunnel
cristallo (1927,
Thomson) o di atomi
di sodio (Stern)
● Elettroni (uno per
volta) verso 2
fenditure
● Stern-Gerlach
21
22. .. comunque la applichiamo ..
● Microscopio ● Spettri
elettronico ● Reazioni nucleari e
● Celle fotovoltaiche effetto tunnel
● Computer quantistici (Gamow)
● Entanglement
● Bosone di Higgs
(teletrasporto!) ● Chimica ed orbitali
22
23. Quantum Mechanics who's who.. (incompleto)
Max Karl Ernst Ludwig Planck 1858-1947 Legge del corpo nero
Germania Quanti di energia
Werner Karl Heisenberg 1901-1976 Principio di indeterminazione
Germania Meccanica delle matrici
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger 1887-1961 Equazione dell'evoluzione temporale degli stati
Austria Meccanica delle onde
Niels HenrikDavid Bohr 1885-1962 Modello atomico
Danimarca Interpretazione di Copenhagen
Albert Einstein 1879-1955 Effetto fotoelettrico
Germania Condensazione di Bose-Einstein (spin intero)
Paul Adrien Maurice Dirac 1902-1984 Equazione di Dirac
Regno Unito Statistica di Fermi-Dirac (spin semintero)
Louis Victor Pierre Raymond De Broglie 1892-1987 Dualismo onda-particella
Francia
Ernest Rutherford 1871-1937 Modello atomico
N. Zelanda Fisica nucleare
Wolfgang Ernst Pauli 1900-1958 Principio di esclusione
Austria 23
24. Che Caos...
● Ancora sulla ● Sensibilità alle
causalità... condizioni iniziali
⃗
F =m⋅⃗
a ● Imprevedibilità
● Attrattori
24
25. ...pero' ordinato...
● Le previsioni del tempo
● I fluidi in genere
– La turbolenza
● Il sistema solare
● Il fumo di una sigaretta
● La convezione
posso usare dei modelli...
25
26. … e utile!
● Analisi dei sistemi economici
● Analisi dei sistemi biologici
– Onde cerebrali
– Motilità degli organi interni
– Livelli di insulina nel sangue
– Frequenza cardiaca e respiratoria
– Pressione arteriosa
26
29. Quindi...
1.La meccanica quantistica è intrinsecamente imprecisa
(pur essendo lineare)
2.I sistemi complessi sono impredicibili (per la loro non
linearità)
3.L'universo va verso uno stato sempre maggiore di
disordine termodinamico (secondo principio della
termodinamica)
… se a questo aggiungiamo Gödel e i frattali, tutto il
sapere scientifico ne esce con le ossa rotte?
29
30. C'e' una logica in tutto questo?
● Questa è una mela?
● Quando smette di
esserlo?
30
31. Questa frase e' falsa!
● Per Aristotele è un ● Può essere una mezza
assurdo! verità?
● Si, se usiamo una logica
– Oscillazione infinita che può avere tutti i valori
tra 0 e 1
● La realtà è intrinsecamente fuzzy?
31
32. Bibliografia
Autore Titolo Editore
Caprara G. Breve storia delle grandi scoperte scientifiche Bompiani
Newth E. Breve storia della scienza Salani
Gamow G. Biografia della fisica Oscar Mondadori
Klein E. Sette volte la rivoluzione Raffaello Cortina
Feynman R.P. Sei pezzi facili Adelphi
Sakurai J.J. Meccanica quantistica Zanichelli
Einstein A. Teoria dei quanti di luce TEN Newton
Bernstein J. L'uomo senza frontiere Il Saggiatore
Capra F. Il Tao della fisica Adelphi
Adams D. Guida galattica per autostoppisti Mondadori
Kakalios J. La fisica dei supereroi Giulio Einaudi
Krauss L.M. La fisica di Star Trek Longanesi
AA.VV. Il caos – Le leggi del disordine Le Scienze
Gamow G. Trenta anni che sconvolsero la fisica Zanichelli 32