Discussione:Meccanica quantistica

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Discussione:Meccanica_quantistica/Archivio1

Migliorare la voce

Ultimo commento: 17 anni fa32 commenti10 partecipanti alla discussione

Dopo la lunghissima dicussione al Millibar apro ufficialmente i lavori per un miglioramento complessivo (e spero collettivo) di questa voce. Furia non ne abbiamo e quindi direi di muoverci per piccoli passi: innanzi tutto direi che potremmo iniziare a segnalare qui quali sono i possibili problemi o i punti dove la voce necessita di essere migliorata (o integrata) sia da un punto di vista tecnico/formale che da un punto di vista della leggibilità e della comprensibilità (e qui farebbe comodo l'aiuto di persone non proprio addentro all'argomento). Si dia il via alle danze! --J B 10:58, 4 apr 2008 (CEST)Rispondi

La cosa che mi compisce a primo acchitto (preciso che non ho ancore letto la voce) è che non c'è manco una formula. Neppure l'eq- d'onda! --Sal.vi ^(scrivi) 12:36, 4 apr 2008 (CEST)Rispondi

Alcune cose che mi vengono subito all'occhio:

1. Manca la citazione, o una spiegazione succinta, degli esperimenti-base che hanno generato la teoria, cioè l'effetto fotoelettrico, la radiazione di corpo nero, le righe di emissione dell'idrogeno. Nel paragrafo introduttivo vanno spiegate, magari con qualche disegno;
2. il paragrafo Descrizione della teoria non si capisce che tono voglia mantenere: vorrebbe essere un paragrafo molto discorsivo, ma poi comincia a mitragliare concetti come spazio di Hilbert, autofunzione, autovalore, funzione d'onda, etc. Secondo me, o si rimane su un piano discorsivo, o, se i concetti vengono introdotti, vanno un attimo spiegati.

ciaociao, --Gianluca 17:53, 4 apr 2008 (CEST)Rispondi

Incipit

Se posso permettermi di dare un parere, credo che si debba iniziare a modificare l'icipit della voce, perché non è spigato con chiarezza che cosa studi la MQ: c'è solo scritto che ha numerose applicazioni... il che è un po' riduttivo. Proporrei di darne una definizione partendo forse da ciò che potrebbe essere l'aspetto più significativo, l'aspetto che ha fatto sì che un nuovo comportamento della natura necessitasse dell'enunciazione di un'intera nuova teoria per essere descritto: partirei dal comportamento quantistico: del tipo

«La meccanica quantistica, o fisica quantistica, è un ramo della fisica che descrive il comportamento della materia e dell'energia a livello subatomico attraverso l'introduzione dei quanta (da cui il nome quantistica), cioè di unità discrete, non ulteriormente divisibili, le quali si sono rese necessarie per descrivere molti fenomeni precedentemente inspiegabili, come la radiazione di corpo nero e la stabilità degli atomi, permettendo l' introduzione del concetto di orbitali degli elettroni. Benché abbia numerose applicazioni, sia sperimentali che teoriche, i suoi effetti a livelli macroscopici non sono generalmente apprezzabili, in quanto diventano evidenti solo per scale atomiche o subatomiche. Essa, inoltre, provvede a fornire una generalizzazione di tutte le teorie classiche, esclusa la teoria della relatività.»

Non è perfetta però può essere un inzio. Lie ¿Scrivimi? 12:00, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Più che sulla quantizzazione dei livelli energetici dell'atomo io porrei l'accento sulla dualità onda-particella, inoltre aggiungerei qualche dettaglio storico (i.e. almeno citare Schrodinger, Heisenberg, von Neumann e Dirac). Poi ci starebbe bene un'intera sezione storica sullo sviluppo della teoria con gli esperimenti principali come diceva Gianluca. Inoltre sarebbe bello se qualche esperto in materia aggiungesse una sezione sulla formulazione algebrica della MQ, che, come avevo già scritto in passato, trovo dia una motivazione più razionale della solita agli assiomi sugli stati che fanno parte di uno spazio di hilbert, etc. Il problema è che per dare una spiegazione chiara senza scendere in tecnicismi inutili serve qualcuno che abbia un quadro molto chiaro dela faccenda... o trovare qualcosa di già scritto (msg) --sky 13:49, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Potremmo fare una via di mezzo, cioè aggiungere alla versione sopra un riferimento alla dualità onda-particella (direi che MQ, come dice il nome, si occupa dei quanti prima che della dualità di cui dici). Come base di partenza, la proposta di Lie mi pare decisamente buona. --NaseThebest (msg) 14:53, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Sicuramente bisogna dire che è la base di tutta la fisica moderna. --wiso (msg) 15:20, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Rientro con la mia proposta.

«La meccanica quantistica, o fisica quantistica, è una branca della fisica su cui si fonda la fisica moderna. Essa descrive il comportamento della materia e dell'energia a livello subatomico attraverso l'introduzione dei quanta (da cui il nome quantistica), cioè di unità discrete, non ulteriormente divisibili, le quali si sono rese necessarie per descrivere molti fenomeni precedentemente inspiegabili, come la radiazione di corpo nero e la stabilità degli atomi, permettendo l' introduzione del concetto di orbitali degli elettroni. Materia ed energia risultano fortemente legate tramite la nota equazione di Einstein E=mc²; questo implica che combinando materia ed antimateria esse si annichilano producendo un'energia che si propaga sotto forma di onda, mentre quando si colpisce un atomo con un onda, l'energia trasportata da quest'ultima si fissa nell'atomo diventando materia. Benché abbia numerose applicazioni, sia sperimentali che teoriche, i suoi effetti a livelli macroscopici non sono generalmente apprezzabili, in quanto diventano evidenti solo per scale atomiche o subatomiche. Essa, inoltre, provvede a fornire una generalizzazione di tutte le teorie classiche, esclusa la teoria della relatività.»

Ho cercato di tenere conto delle richieste, anche se non ho potuto fare molto riguardo alla storia. Che ne pensate? --NaseThebest (msg) 17:24, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Toglierei tutta la parte sull'energia, e=mc^2... la meccanica quantistica è meccanica, concentriamoci su quello che è. Il termine "quanta" non l'ho mai visto da nessuna parte, a parte su riviste divulgative, e poi non è che tutti i sistemi hanno energia discreta. Bisogna mettere in luce fin dall'incipit la sua intrinseca natura probabilistica. --wiso (msg) 20:12, 6 apr 2008 (CEST)Rispondi

Io vorrei far notare che non è proprio corretto dire che gli effetti della meccanica quantistica sono evidenti solo su scale atomiche o subatomiche, poichè a basse temperature sono possibili fenomeni quantistici macroscopici come la superconduttività e la superfluidità. Per correggere si potrebbe o inserire questa precisazione oppure nella stessa frase inserire una cosa del tipo "... alle temperautre ordinarie ...".--Filsunset (msg) 01:18, 12 apr 2008 (CEST)Rispondi

La meccanica quantistica è un insieme di teorie fisiche sviluppate a partire dalla prima metà del ventesimo secolo per spiegare il comportamento della materia e dell'energia su scale atomiche. Tali teorie nacquero a causa dell'inadeguatezza della meccanica classica nel fornire delle spiegazioni di fenomeni riguardanti la radiazione di corpo nero, l'effetto fotoelettrico, il calore specifico dei solidi, l'effetto Compton, gli spettri atomici e la stabilità dell'atomo evidenziati da diversi esperimenti compiuti tra il 1900 e il 1930.

Dagli esperimenti effettuati nei primi 30 anni del ventesimo secolo divenne evidente che alcuni dei postulati fondamentali della meccanica classica erano completamenti inadeguati[1] alla rappresentazione dei nuovi fenomeni fisici. Emersero infatti fenomeni inspiegabili classicamente come per esempio: il comportamento particellare dei luce o l'esistenza di livelli discreti di energia.

Inizialmente, nel periodo 1900-1925, furono sviluppate delle teorie euristiche per spiegare i fenomeni osservati, spesso era richiesta l'adozione di postulati arbitrari, non deducibili a partire dai postulati della meccanica classica[1]. Questo insieme di teorie viene indicato con il termine vecchia meccanica quantistica[1] o meccanica quantistica in prima quantizzazione. Tra i fisici che hanno contribuito allo sviluppo della vecchia meccanica quantistica possiamo citare: Max Planck, Niels Bohr, Albert Einstein, Peter Debye, Arthur Compton, Louis De Broglie e Arnold Sommerfeld.

Nel 1926-1927 i fisici tedeschi Werner Heisenberg e Erwin Schrodinger svilupparono rispettivamente la teorie note come "Meccanica delle matrici" e "Meccanica ondulatoria". Questa due rapprensentazioni differenti (ma equivalenti) costituiscono la formulazione moderna[3] della meccanica quantistica. Nel periodo 1925-1930, la teoria fu formalizzata con l'adozione di postulati fondamentali attraverso i lavori dei fisici e matematici P.A.M Dirac, [John Von Neumann]] e Hermann Weyl

Una rappresentazione ancora differente, nota con il nome di "Integrale sui cammini", che riprende ed estende alcuni concetti classici fu sviluppata nel 1948 dal fisico Richard Feynman.

La meccanica quantistica si distingue essenzialmente dalla meccanica classica per il suo carattere non deterministico: questa teoria fornisce delle previsioni dei risultati degli esperimente attraverso la probabilità che si verifichino delle alternative.[2] Infatti la teoria prevede che i risultati di un esperimento non siano completamente arbitrari ma siano contenuti in un insieme di possibili valori, che hanno probabilità differente di presentarsi.

Collegato a questo nuovo concetto si ha l'impossibilità di conoscere esattamente lo sviluppo di un sistema[3] espressa dalla relazione di indeterminazione.

[1] A proposito della Legge di Ritz che caratterizzava gli spettri atomici, P.A.M. Dirac commenta: "Questa legge è abbastanza intellegibile a partire dal punto di vista classico". - The principles of quantum mechanics - 4a ed. Oxford Clarendon Press 1958 - Cap. 1 pag. 2

[2] "La nuova teoria afferma che ci sono esperimenti per i quali il risultato esatto è fondamentalmente imprecidibile e che in questi casi bisogna accontentarsi di calcolare la probabilità dei vari risultati" - R. Feynman - Quantum Mechanics and path integrals - R. Feynmann, A. Hibbs - McGraw Hill Company 1965

[3] "Abbiamo qui un impressionante e generale esempio della caduta della meccanica classica - non solamente delle sue leggi del moto, ma un'inadeguatezza dei suoi concetti nel fornirci una descrizione degli eventi atomici" - P.A.M. Dirac - op. cit.

Diciamo che mi sono un po' sbrodolato... però alcune cose mi sembrano irrinunciabili --CristianCantoro - Cieli azzurri! 21:30, 30 giu 2008 (CEST)Rispondi

L'incipit che hai scritto mi sembra buono (non credo ti si sbrodolato =P), solo un paio di cosette, una sulla prima frase l'altra sull'ultimo capoverso: non so se sia giusto dire che la MQ è un insieme di teorie fisiche (ma questo credo sia più una questione di punti di vista), l'altra cosa è che la meccanica quantistica è deterministica, cioè la successione degli stati è completamente determinata dall'equazione di Schrodinger, solo che gli stati sono funzioni complesse la cui interpretazione fisica è quella che sappiamo. Comunque, per me, se si ritocca l'ultima parte si può inserirlo nella pagina al posto di quello che c'è ora, ciao --sky (msg) 09:33, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Attenzione! Credo che la distinzione prima/seconda quantizzazione non si riferisca alla distinzione "vecchia teoria dei quanti" vs "meccanica quantistica propriamente detta", ma alla distinzione meccanica-quantistica-non-relativistica/teoria-dei-campi... A parte questa imprecisione, mi pare un bell'incipit, quello di CristianCantoro. Concordo sulla prima delle precisazioni di sky (la meccanica quantistica e' abbastanza monolitica, non la chiamerei "insieme di teorie"), un po' meno sulla seconda: e' vero, e' nella teoria della misura in meccanica quantistica che si introduce l'indeterminazione, piu' che nell'evoluzione temporale, ma l'ultimo paragrafo dell'introduzione di CristianCantoro mi pare renda bene questo punto... In ogni caso forse e' un po' lungo come incipit, forse e' meglio utilizzarlo per l'introduzione.   | hrönir  19:13, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Ho trovato qui la seguente nota: "Nell'uso comune, il processo di trattare le coordinate ${\displaystyle q_{i}}$  e ${\displaystyle p_{i}}$  come variabili quqantizzate è chiamato prima quantizzazione. La seconda quantizzazione è il processo di quantizzazione dei campi -- in particolare ${\displaystyle {\vec {A}}({\vec {r}},t)}$  -- che hanno un numero infinito di gradi di libertà. Ma quanto si impara, qui! ;P --CristianCantoro - Cieli azzurri! 22:08, 7 lug 2008 (CEST)Rispondi

Riscrivo il mio incipit (scusate ma mi è saltato fuori un "conflitto di edizione" e allora copincollo tutto)

La meccanica quantistica è una teoria fisica sviluppata a partire dalla prima metà del ventesimo secolo per spiegare il comportamento della materia e dell'energia su scale atomiche. Tale teoria nacque a causa dell'inadeguatezza della meccanica classica nel fornire delle spiegazioni di fenomeni riguardanti la radiazione di corpo nero, l'effetto fotoelettrico, il calore specifico dei solidi, l'effetto Compton, gli spettri atomici e la stabilità dell'atomo evidenziati da diversi esperimenti compiuti tra il 1900 e il 1930.

Dagli esperimenti effettuati nei primi 30 anni del ventesimo secolo divenne evidente che alcuni dei postulati fondamentali della meccanica classica erano completamenti inadeguati[1] alla rappresentazione dei nuovi fenomeni fisici. Emersero infatti fenomeni inspiegabili classicamente come per esempio il comportamento particellare della luce o l'esistenza di livelli discreti di energia.

Inizialmente, nel periodo 1900-1925, furono sviluppate delle teorie euristiche per spiegare i fenomeni osservati per le quali era spesso richiesta l'adozione di postulati arbitrari, non deducibili a partire dai postulati della meccanica classica[1]. Questo insieme di teorie viene indicato con il termine vecchia meccanica quantistica (in inglese old o early quantum mechanics). Tra i fisici che hanno contribuito allo sviluppo della vecchia meccanica quantistica possiamo citare: Max Planck, Niels Bohr, Albert Einstein, Peter Debye, Arthur Compton, Louis De Broglie e Arnold Sommerfeld.

Nel 1926-1927 i fisici tedeschi Werner Heisenberg e Erwin Schrodinger svilupparono rispettivamente la teorie note come "Meccanica delle matrici" e "Meccanica ondulatoria". Queste due rapprensentazioni differenti (ma equivalenti) costituiscono la formulazione moderna della meccanica quantistica. Nel periodo 1925-1930, la teoria fu formalizzata con l'adozione di postulati fondamentali attraverso i lavori dei fisici e matematici P.A.M Dirac, John Von Neumann e Hermann Weyl

Una rappresentazione ancora differente, nota con il nome di "Integrale sui cammini", che riprende ed estende alcuni concetti classici, fu sviluppata nel 1948 dal fisico Richard Feynman.

La meccanica quantistica si distingue in maniera radicale dalla meccanica classica[2] poiché fornisce delle previsioni dei risultati degli esperimenti esprimendo la probabilità che si verifichino dei risultati tra loro alternativi (interpretazione di Copenaghen)[3]. Questa condizione di incertezza non è dovuta all'ignoranza dello sperimentatore delle condizioni iniziali in cui si trova il sistema fisico sotto osservazione, ma è da considerarsi una caratteristica fondamentale dei sistemi fisici. La teoria dunque prevede che i risultati di un esperimento non siano completamente arbitrari ma siano contenuti in un insieme di possibili valori che hanno probabilità diverse di presentarsi. I sistemi vengono pertanto descritti come una sovrapposizione di stati diversi ciascuno dei quali conduce solo nel momento in cui si effettua l'osservazione a un differente risultato della misura. Questo nuovo modo di interpretare i fenomeni è stato oggetto di numerose discussioni[4][5] all'interno della comunità scientifica come testimonia l'esistenza di diverse interpretazioni delle meccanica quantistica. L'osservazione ha quindi effetti importanti sul sistema osservato: collegato a questo nuovo concetto si ha l'impossibilità di conoscere esattamente lo sviluppo di un sistema espressa dalla relazione di indeterminazione[6]7].

[1] A proposito della Legge di Ritz che caratterizzava gli spettri atomici, P.A.M. Dirac commenta: "Questa legge è abbastanza intellegibile a partire dal punto di vista classico". - The principles of quantum mechanics - 4a ed. Oxford Clarendon Press 1958 - Cap. 1 pag. 2

[2] "Abbiamo qui un impressionante e generale esempio della caduta della meccanica classica - non solamente delle sue leggi del moto, ma un'inadeguatezza dei suoi concetti nel fornirci una descrizione degli eventi atomici" - P.A.M. Dirac - op. cit.

[3] "La nuova teoria afferma che ci sono esperimenti per i quali il risultato esatto è fondamentalmente imprecidibile e che in questi casi bisogna accontentarsi di calcolare la probabilità dei vari risultati" - R. Feynman - Quantum Mechanics and path integrals - R. Feynmann, A. Hibbs - McGraw Hill Company 1965

[4] Riferendosi a questa nuovo modo di interpretare i fenomeni e alle difficoltà di comprensione che esso presenta a causa della sua profonda differenza con i modelli della meccanica classica P.A.M. Dirac disse: "[...] dovremmo ricordare che il principale obiettivo delle scienze fisiche non è la fornitura di modelli, ma la formulazione di leggi che governano i fenomeni e l'applicazione di queste leggi per la scoperta di nuovi fenomeni. Se un modello esiste è molto meglio, ma il fatto che esista o meno è una questione di secondaria importarza" - P.A.M. Dirac - op. cit.

[5]"Allontanandosi dalla determinatezza della teoria classica una grande complicazione è introdotta nella descrizione della Natura, che è una caratteristica altamente indesiderabile. Questa complicazione è inevitabile" - P.A.M. Dirac - op. cit.

[6] "Dobbiamo assumere che c'è un limite alla precisione dei nostri poteri di osservazione e alla piccolezza del disturbo [cha accompagna l'osservazione, NdT] - un limite che è inerente alla natura delle cose e non può essere superato da tecniche migliorate o dall'aumento dell'abilità da parte dell'osservatore" - P.A.M. Dirac - op. cit.

[7] "[...] una conseguenza della precedente discussione è che dobbiamo rivedere la nostra idea di causalità. La causalità si applica a sistemi che sono lasciati indisturbati." - P.A.M. Dirac - op. cit.

Ho cambiato alcune cose... grazie per le segnalazioni: mi hanno fatto rendere conto della presenza di alcune imprecisioni. Per l' "insieme di teorie fisiche", volevo fare il paio con l'intruzione della voce meccanica classica.Per il resto, tenso che più lunga di così quest'introduzione diventi tutto l'articolo, ovviamente l'argomento è vasto e ogni punto va sviluppato per bene in seguito, nel corpo della voce. In effetti, Hronir, sono convinto anch'io che sia davvero lungo, però la sezione "introduzione" in una voce (una voce qualsiasi, non solo questa) mi sembra inutile. Spero che ci possa essere un po' di consultazione generale (leggi consenso) prima che questa cosa diventi effettivamente l'introduzione della voce. (Oh, signori... stiamo parlando della voce "meccanica quantistica"... mica cicci de sellero!). [E pensare che mi danno sui nervi gli articoli con troppe note] --CristianCantoro - Cieli azzurri! 20:02, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Sì... per farmi capire meglio intendo dire che questo potrebbe essere l'incipit della voce (per capirci, quello che sta prima della tabellina con lo'indice della voce), che sì... è un po' lungo però ne ho visti di simili in altre voce. Invece la sezione (che adesso esiste) e si chiama "introduzione" secondo me è da sistemare. Una annotazione: nella WP inglese ci sono 2 versioni dell'articolo una "lunga" e una semplificata (en:quantum mechanics e en:Introduction to quantum mechanics... lo so che c'era già stata una lunga discussione a proposito di voci :lunghe e semplificate a proposito della Forza di Coriolis sulla pagina del Millibar... però era per buttare lì un'idea. --CristianCantoro - Cieli azzurri! 20:10, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Io sono per mettere l'incipit di CristianCantoro come incipit, togliere la sezione introduzione che c'è adesso e mettere al suo posto una sezione storica con accenni degli esperimenti che hanno portato alla rottutura con la meccanica classica e sviluppando bene quelli più significativi (non tutti e non li metterei neanche in ordine cronologico, personalmente ho cominciato a capire un po' di MQ quando ho letto dell'esperimento della doppia fenditura e lo stern-gerlach, gli altri, tipo corpo nero, effetto fotoelettrico, etc. che mi avevano presentato a scuola erano serviti solo a crearmi confusione) --sky (msg) 21:15, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Potrebbe andare bene...tra le altre cose sia i già citati "Principles of quantum mechanics" di Dirac, "Quantum mechanics and path integrals" di Feynman, e "Modern quantum mechanics" (J.J. Sakurai, per capirci... molte delle voci di MQ in wikipedia lo contengono nella bibliografia [e detto tra noi gli assomigliano parecchio ;P]) cominciano o con una trattazione di esperimenti con i fotoni o con Stern-Gerlach... il "Quantum Physic" (S. Gasiorowicz) inizia anch'esso con una carrellata storica ... lo so che non dobbiamo scrivere un libro di MQ... ma qualche esperimento potrebbe valere più di molte parole. Tra parentesi ritengo che per la "old quantum theory" ci voglia una voce a parte, sulla WP inglese c'è.--CristianCantoro - Cieli azzurri! 21:50, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

Titoli dei paragrafi

Può sembrare questione di lana caprina, ma mettere un paragrafo "Introduzione" non mi sembra il massimo, l'introduzione dovrebbe essere fatta all'inizio senza titolo come presentazione della voce. --NaseThebest (msg) 15:07, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Definizioni

Vorrei avanzare ancora il mio parere.

1. Forse andrebbe tolto «su cui si fonda la fisica moderna» perché se fosse vero avremmo una teoria del tutto già fatta: sarebbe bello, ma non è ancora così. Il fatto è che non esiste solo la MQ tra le teorie fisiche accreditate per descrivere coerentemente la realtà, anzi la frase dovrebe fornire lo spunto per spiegare perché potrebbe essere una teoria su cui basarsi per la descrizione della realtà.
2. D'accordo in pieno, invece, per l'accenno al comportamento di dualità, che è fondamentale e che ritengo debba essere ben svolto all'interno di tutto l'articolo (se non addrittura dedicargli una voce a sè ben esaustiva).
3. D'accordo anche per l'eliminazione dell'introduzione perché un titolo del genere è assolutamente poco enciclopedico. Le tematiche toccate i questa sezione devono servire da spunto per creare sezioni a sè stanti e che siano soprattutto esaurienti dell'argomento trattato se necessario con rimandi ad altre voci.

Credo però che l'incipit debba essere abbastanza stringato, non sbrodolato, ma al contempo esaustivo riguardo alla sola definizione, quindi quello che abbiamo potrebbe già andare bene... il resto lo possiamo svolgere nello sviluppo dell'articolo. Ditemi se come proposta/panoramica può funzionare. Lie ¿Scrivimi? 18:08, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Per me va bene. Il riferimento al fondamento era per tenere conto della segnalazione di Wiso. Non ho conoscenze universitarie a riguardo, per cui mi sono limitato a fare un'intro di moderazione integrando la tua che era già ottima... A voi veri fisici la sentenza... --NaseThebest (msg) 18:56, 5 apr 2008 (CEST)Rispondi

Citando Greene riguardo l'esperimento della double slit (che esemplifica appunto la dualità onda particella) "Feynman was fond of saying that all of quantum mechanics can be gleaned from carefully thinking through the implications of this single experiment". Non so, secondo me bisognerebbe cominciare dal fatto che le particelle "non si possono più considerare delle particelle", che è il vero punto di rottura con la meccanica classica, poi che se la funzione d'onda è localizzata possiamo parlare di quanti o che i livelli energetici dell'atomo sono discreti lo vedo come una conseguenza secondaria. Concordo col togliere la sezione "introduzione" (magari per mettere al suo posto una sezione storica =) --sky (msg) 01:07, 6 apr 2008 (CEST)Rispondi

Sì, hai fatto centro! Il fatto è che la mi idea di mettere il quantum al centro della definizione si basa sul fatto che Planck, nei suoi esperimenti sulla radiazione di corpo nero, si è trovato a dover spiegare come mai "oggetti" che fino ad allora erano decritti da funzioni d'onda ora si presentassero con il comportamento opposto, cioè quantizzati. L'ipotesi di de Broglie ci ha dato una prima risposta, ma la vera rivoluzione è avvenuta, mi pare, con la scoperta delle orbite quantizzate per gli atomi: da quel momento, anche particelle corpuscolari, come gli elettroni, si sono descritte anche con funzioni d'onda. Sarebbe il caso di includere entrambi i comportamenti, lasciando ad una eventuale cronologia il compito di spiegare dettagliatamente cosa è successo. Forse l'esperimento della doppia fenditura è troppo fondamentale per presentarlo ex abrupto dall'incipit (meglio demandare all'apposita pagina)... si rischia l'idiosincrasia da parte di chi legge. Anche per uno pratico nel settore sarebbe un'indigestione di informazioni: meglio essere chiari, perché la MQ si presta troppo a facili conclusioni filosofiche da parte dei profani, che finiscono per distoglierci tutti quanti dal suo vero significato, puramente scientifico. Lie ¿Scrivimi? 09:41, 6 apr 2008 (CEST)Rispondi

@Lie: 1. Mi sai fare un esempio?? E poi non capisco la logica del tuo ragionamento: "perché se fosse vero avremmo una teoria del tutto". E non parliamo di "teoria del tutto"... che non vuol dire niente, tutto cosa? E ancora, non tiriamo in ballo Plank nell'incipit, perché c'è una bella differenza tra la vecchia meccanica quantistica di Plank e De Broglie e quella attuale. --wiso (msg) 20:18, 6 apr 2008 (CEST)Rispondi

Premesso che, secondo me, la voce necessita di una profonda revisione, penso che sarebbe bene mettere subito sotto l'incipit una sezione storica dove si spieghi per bene la differenza fra la meccanica quantistica di Plank e De Broglie con la meccanica quantistica moderna. Secondo me questo aiuterebbe ad introdurre i concetti in modo relativamente indolore per chi non conosce la materia e farebbe piazza pulita di grossa parte dei fraintendimenti tipici che vengono fuori quando si parla di robe quantistiche. --J B 13:58, 7 apr 2008 (CEST)Rispondi

Per esempio, da consulta in facoltà, se la fisica moderna si basasse tutta sulla MQ, non esisterebbero i fisici della materia: diciamo che forse sarebbe giusto dire questo, dare i pro, ma anche i contro. Non so, però a me non risulta che sia mai stato condotto un esperimento che abbia portato ad un'evidenza di corrispondenza tra MQ e fisica classica, però può darsi che mi sbagli e se è così informatemi di quale sia stato questo esperimento, perché mi interessa. Poi per quanto riguarda il fatto che la MQ è cambiata rispetto a quella di Planck e de Broglie, sì è vero e quindi concordo con Berto. Lie ¿Scrivimi? 19:24, 9 apr 2008 (CEST)Rispondi

Ok, rischio di andare off-topic... Perché i fisici della materia non esisterebbero se ci si dovesse basare solo sulla MQ? Tutta la fisica dei cristalli, dei semiconduttori, dei laser ecc ecc si basa pesantemente sulla MQ (anche se, a volte, vengono usati approcci semiclassici per semplificarsi la vita). Sulla corrispondenza fra MQ e fisica classica cosa intendi? Che io sappia non è ancora ben chiaro il meccanismo per cui gli effetti quantistici vanno persi nel mondo macroscopico (credo che le due teorie più gettonate siano quella della eigenselection e quella della granularità della misura) ma le scale di lunghezza dove, ad esempio, una particella deve essere trattata quantistiocamente e dove invece è classica sono ben note e confermate da mille esperimenti. --J B 09:31, 10 apr 2008 (CEST)Rispondi

Secondo me è necessaria una distinzione molto netta tra la "vecchia teoria quantistica" (Planck, Bohr, Sommerfeld) e la "nuova teoria quantistica" (Heisenberg, Schrodinger, Dirac, Feynman). Un punto che mi sembra assolutamente imprescindibile è menzionare il principio di indeterminazione nell'incipit, cosa che, tra l'altro distingue la "old quantum theory" da quella nuova. Ora rimanderò il tutto a domani perchè l'ora è tarda--CristianCantoro - Cieli azzurri! 03:32, 30 giu 2008 (CEST)Rispondi

La "vera" differenza fra la old theory e la nuova, e' proprio che la vecchia non era una teoria, ma un insieme di ipotesi che lasciavano immaginare qualcosa di unitario sotto, ma che ancora non era ben chiaro che faccia avesse... Il principio di indeterminazione e' importante, ma, se ci pensi, non e' nemmeno un "postulato", ma si deriva da essi. A parte questo, sono d'accordo nell'evidenziare la differenza fra le due teorie, ma opterei per una voce a parte sulla vecchia teoria dei quanti che venga citata in questa voce dicendo, appunto, che la meccanica quantistica risulta come la "teoria unitaria autoconsistente" che "mette a posto" tutte le idee e le intuizioni della vecchia teoria dei quanti... Purtroppo non ho molto tempo e (per ora) mi tocca limitarmi a qualche suggerimento nella pagina di discussione... :(((   | hrönir  19:30, 1 lug 2008 (CEST)Rispondi

A onor del vero si potrebbe rovesciare la cosa e far derivare i "postulati" dal processo di misurazione e dal principio di indeterminazione (nei miei precedenti interventi di mesi fa su questa pagina intendevo quello) però la cosa è ancora fuori dalle mie conoscenze (serve la geometria non commutativa e io sto ancora facendo a pugni con l'analisi funzionale =P). Anch'io sono dell'idea di Hrnonir, metterei gli esperimenti come li ha scritti CristianCantoro in una pagina apposita sulla vecchia meccanica quantistica, dando giuto un accenno su questa, puntando più sulla storia della MQ moderna. Mi pare che sul Connes(Noncommutative Geometry) ci sia una bella parte storica sull'intuizione di Heisenberg riguardo il punto cruciale della non commutativtà degli osservatori, appena passo dalla biblioteca provo a vedere se riesco a cavarne fuori qualcosa (ma se qualcuno più competente di me vuole farlo è benvenuto =) )--sky (msg) 15:39, 3 lug 2008 (CEST)Rispondi

Per capirci... così sono troppo lunghi secondo voi? oppure vanno bene? Che io non so cosa fare... intanto continuo a scrivere qui sotto. Ciao --CristianCantoro - Cieli azzurri! 19:05, 3 lug 2008 (CEST)Rispondi

IMHO per questa pagina sì, mentre sarebbero perfetti per la pagina sulla vecchia MQ EDIT: (sulla parte della quantizzazione di Bohr-Sommerfeld, forse sarebbe meglio metterla più semplice, tipo "la lunghezza della traiettoria deve essere un multiplo integrale della lunghezza d'onda di De-Broglie quindi

${\displaystyle n\lambda =\oint dq\Leftrightarrow n=\oint {\frac {dq}{\lambda }}=\oint {\frac {dq}{h/p}}\Leftrightarrow nh=\oint p\ dq}$ 

ciao --sky (msg) 13:13, 4 lug 2008 (CEST)Rispondi

Storia

Scrivo qui sotto una possibile sezione storica per la voce:

  Lo stesso argomento in dettaglio: Storia della meccanica quantistica.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Vecchia teoria dei quanti.

Il crollo della fisica classica

Radiazione di corpo nero

  Lo stesso argomento in dettaglio: Radiazione di corpo nero.

 

La distribuzione di radiazione elettromagnetica emessa da un corpo nero a diverse temperature confrontata con la previsione della termodinamica classica (legge di Rayleigh-Jeans)

Nel 1859 il fisico tedesco Gustav Kirchhoff iniziò lo studio della radiazione elettromagnetica emessa da un corpo nero, ossia un corpo capace di assorbire tutta la radiazione incidente su di esso. Se il corpo è in equilibrio termico con l'ambiente circostante esso dovrà emettere a sua volta energia sotto forma di radione elettromagnetica]]. Successivamente (Kirchhoff stesso? e quando nel 1860?) ^{[senza fonte]} alcuni esperimenti provarono che lo spettro elettromagnetico emesso da un corpo nero è una caratteristica indipendente dal materiale di cui è composto il corpo ed è legato solo alla temperatura del corpo stesso. Possiamo renderci conto del fatto che i corpi caldi emettano radiazione elettromagnetica a seconda della loro temperatura guardando, ad esempio, un pezzo di ferro rovente (di colore rosso) o il filamento di una lampadina (che emette luce bianca). Nel 1894 Wilhelm Wien mostrò a partire dalle leggi della termodinamica classica che la distribuzione dell'energia emessa da un corpo nero per unità di tempo e di area (radianza) in un certo intervallo di lunghezza d'onda dove essere descritto dalla legge: ${\displaystyle R(\lambda ,T)={\frac {1}{\lambda ^{5}}}}$  Secondo questa ipotesi si può considerare che l'energia radiata sia dovuta ad onde stazionarie (o modi stazionari) della cavità emettente.[1] In particolare la radiazione emessa dal corpo nero doveva essere prodotta dalle oscillazioni degli elettroni contenuti nel corpo stesso. ^{[senza fonte]}, un elettrone oscillante ad una data frequenza avrebbe dovuto emettere radiazione elettromagnetica di quella frequenza. L'inconveniente principale di questa ipotesi era che essa prevedeva che per lunghezze d'onda molto piccole la radianza emessa dovesse essere infinita, questo fenomeno è stato indicato come catastrofe ultravioletta. Ovviamente gli esperimenti confermarono che l'energia si mantiene finita anche nel limite di lunghezze d'onda piccole. Nel 1900, il fisico tedesco Max Planck riuscì a derivare la forma corretta della distribuzione ipotizzando che l'energia assunta dagli oscillatori poteva essere solo un multiplo intero di una frequenza fondamentale. Lo scambio di energia tra gli oscillatori e l'ambiente esterno era quindi discretizzato e doveva avvenire attraverso pacchetti di energia chiamati quanta (dal latino, quantus - quantità). L'ipotesi assunta da Planck non era giustificabile secondo la meccanica classica. [1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mod6.html

Effetto fotoelettrico

  Lo stesso argomento in dettaglio: Effetto fotoelettrico.

Nel 1887, Heinrich Hertz scoprì l'effetto fotoelettrico mentra stava eseguendo gli esperimenti riguardanti le onde elettromagnetiche. L'effetto fotoelettrico consiste nell'emissione di elettroni da parte di metalli che vengono irragiati con della luce [[ultravioletto|ultravioletta]. Esperimenti successivi delinearono le caratteristiche di queste effetto che consistono in:

• I metalli emettono sempre elettroni, non vengono mai emessi ioni positivi
• L'emissione degli elettroni dipende dalla lunghezza d'onda (o equivalentemente[2] dalla frequenza) della radiazione incidente. Si osserva che per ogni metallo esiste una frequenza di soglia caratteristica. L'emissione è possibile solo se la frequenza della luce incidente è superiore a quella di soglia)
• L'intensità della corrente prodotta per effetto fotoelettrico in un circuito (fotocorrente) è proporzionale all'intensità della radiazione incidente
• Non si osserva alcuni ritardo temporale tra l'irraggiamento e l'emissione degli elettroni (ossia, i fotoelettroni vengono rilevati non appena si inizia a irragiare il corpo).

Nonostante il fenomeno fosse spiegabile a partire dalle leggi dell'elettromagnetismo classico alcuni caratteristiche di quest'effetto non potevano essere spiegate. In particolare, per l'elettromagnetismo classico l'energia trasportata da un'onda elettromagnetica è direttamente proporzionale alla sua intensità. Non era quindi spiegabile la dipendenza dell'emissione dei fotoelettroni dalla frequenza della radiazione incidente. Allo stesso modo, l'elettromagnetismo classico prevedeva che l'energia trasportata da un'onda elettromagnetica fosse distribuita sulla regione di incidenza della luce: era quindi previsto che l'emissione degli elettroni dovesse richiedere molto tempo prima di avvenire nel caso di radiazioni di bassa intenisità, questa ipotesi era in contraddizione con quanto osservato. Nel 1905 Einstein propose che la radiazione stesa consistesse di quanti di energia, detti fotoni e che l'energia di ogni quanto fosse legata alla frequenza della radiazione tramite la legge: ${\displaystyle E=h\nu }$  dove h è una nuova costante fondamentale, oggi nota comecostante di Planck. La caratteristica della quantizzazione introdotta da Planck per il corpo nero è in realtà una caratteristica fondamentale della radiazione elettromagnetica. La nuova ipotesi, ancora una volta completamente inspiegabile dal punto di vista classico, permette di spiegare tutte le caratteristiche evidenziate dagli esperimenti eseguiti.

Effetto Compton

  Lo stesso argomento in dettaglio: Effetto Compton.

 

Il cambiamento di lunghezza d'onda della radiazione incidente è dovuto all'urto elastico del fotone con l'elettrone: il fotone si comporta come una particella

Nel 1916, Einstein ipotizzò che i fotoni dovessero trasportare anche quantità di moto, oltre che energia. Gli esperimenti che che fornirorono la più diretta conferma del comportomento particellare della luce furono eseguiti da Arthur Compton nel 1923-24. Compton scoprì che la radiazione di una data lunghezza d'onda (nella regione dei raggi X) inviata attaverso una lamina metallica veniva diffusa in due componenti: una della stessa lunghezza d'onda di quella incidente e un'altra componente di lunghezza d'onda leggermente superiore. Secondo la teoria classica la riemissione di radiazione era spiegabile a causa del fatto che l'onda elettromagnetica inviata sul corpo metteva in oscillazione forzata gli elettroni contenuti nella lamini metallica che a loro volta irradiavano nuovamente radiazione con frequenza pari a quelli di oscillazione e quindi uguale a quella incidente. Tuttavia la presenza della componente di lunghezza d'onda maggiore non era spiegabile. Compton fu in grado di spiegare l'esistenza di questa componente trattando la radiazione incidente come composta da fotoni di energia [hυ] che si comportavano come particelle classiche nell'urto con gli elettroni. Nell'urto una parte dell'energia del fotone veniva ceduta all'elettrone dando origine a fotoni di energia diversa e quindi di frequenza (e lunghezza d'onda) diversa, rispettando comunque le leggi di conservazione dell'energia e di conservazione della quantità di moto.

L'ipotesi di De Broglie e la dualità onda-particella

  Lo stesso argomento in dettaglio: Dualità onda-particella.

Nel 1923 Louis Victor de Broglie, per la proprio tesi di dottorato, formulò l'ipotesi che anche le particelle dovessero avere comportamento ondulatorio così come era stato evidenziato il comportamento particellare della luce. Usando la nuova costante di Planck propose che la lunghezza d'onda di una particella che possiede quantità di moto [p] dovesse essere:

${\displaystyle \lambda ={\frac {h}{p}}}$ 

L'introduzione della costante di Planck nella fisica ha reso possibile l'evidenziazione di analogie tra grandezze prima non evidenziate proprio per la mancanza di una costante che avesse le dimensioni necessarie. [nota: questa frase l'ho letta probabilmente su J.J. Sakurai - meccanica quantistica moderna o su S. Gasiorowicz - Quantum physics ma non riesco a ritrovarla...]. Prove sperimentali di questa relazione furono fornite da Clinton Davisson e Lester Germer attraverso un esperimento nel 1927 e indipendentemente da George Thomson. Successivamente [qualcuno di voi riesce a trovare l'anno di esecuzione di questo esperimento?] A. Tonomura eseguì l'esperimento della doppia fenditura confermando completamente l'ipotesi di De Broglie, mettendo in evidenza la diffrazione degli elettroni. Un effetto collegato alla dualità onda-particella è l'effetto Kapitza-Dirac proposto nel 1933 da P. Kapitza e P.A.M. Dirac.

Spettro dell'atomo di idrogeno e stabilità degli atomi

  Lo stesso argomento in dettaglio: Atomo di Bohr.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Esperimento di Rutherford.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Spettro atomico.

Grazie alla scoperta della radioattività alfa da parte di Henri Becquerel nel 1896 iniziò uno studio dell'atomo attraverso il bombardamento di diversi materiali con particelle alfa. In particolare l'esperimento di Rutherford mostrò che la maggior parte della materia atomica doveva essere concentrata in un volume ristretto rispetto alle dimensioni atomiche, detto nucleo, attorno alla quale si trovavano gli elettroni. Fu così proposto un modello planetario dell'atomo. Tuttavia, secondo le leggi dell'elettromagnetismo classico una carica elettrica accelerata, come un elettrone che compie un'orbita circolare attorno al nucleo sottoposto alla forza centripeta, dovrebbe irradiare onde elettromagnetiche, perdendo così energia e precipitando sul nucleo in un tempo brevissimmo (circa 1 nanosecondo - ${\displaystyle 10^{-9}}$  s)^[1], cioè non esisterebbero atomi stabili. Contemporaneamente si iniziò l'indagine degli spettri atomici grazie all'affinamento delle tecniche di spettroscopia, ossia mediante l'analisi della luce emessa da un gas a bassa pressione nel quale viene fatta scorrere della corrente elettrica. Contrariamente alle previsioni della meccanica classica lo spettro osservato consisteva di righe anzichè di bande continue. Furono formulate alcune leggi empiriche, tra le quali possiamo citare il principio di combinazione di Ritz o la formula di Balmer, che ottennero un buon accordo con i risultati sperimentali ma che erano inspiegabili dal punto di vista classico. Nel 1913 il fisico danese Niels Bohr propose una nuova teoria per l'atomo di idrogeno, essa si fondava sui seguenti postulati:

• Un sistema atomico può assumere soltanto alcuni stati discreti detti stati stazionari. Cambiamenti nell'energia (inclusi emissione e assorbimento di radiazione) possono avvenire solo tra stati stazionari
• La radiazione emessa o assorbita nella transizione tra due stati stazionari è data da: ${\displaystyle \Delta E=h\nu }$ 
• Gli stati stazionari corrispondono ciascuno ad una precisa orbita circolare permessa nel modello atomico di Rutherford per le quali il momento angolare sia un multiplo intero di ${\displaystyle {\frac {h}{2\pi }}}$ 

La nuova teoria permetteva di calcolare quali fossero le orbite permesse e da esse di risalere ai valori attesi per le lunghezze d'onda osservate che risultarono essere in accordo con i valori sperimentali.

La quantizzazione di Bohr-Wilson- Sommerfeld

  Lo stesso argomento in dettaglio: Quantizzazione di Bohr-Sommerfeld.

Successivamente [quando?]^{[senza fonte]} i fisici Arnold Sommerfeld e W. Wilson introdussero una regola più generale per la quantizzazione, essa affermava che l'integrale dell'azione su un un cammino chiuso nello spazio delle fasi dovesse essere un multiplo intero della costante di Planck che assumeva il ruolo di unità fondamentale per il quanto di azione. chiedo scusa agli esperti perchè è probabile che abbia scritto una castroneria... e agli inesperti perchè a meno di non aver frequentato il corso di Meccanica razionale questo è arabo..., in formula: ${\displaystyle \oint p_{k}dq_{k}=n_{k}h}$  Ovviamente questa regola era applicabile solo a sistemi periodici.

La meccanica quantistica

  Lo stesso argomento in dettaglio: Meccanica ondulatoria.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Meccanica delle matrici.

Note

1. ^ S. Gasiorowicz - Quantum Physics - 3 ed. - Wiley and sons - Supplemento 1B -[PDF scaricabile]

Caos quantistico

Ultimo commento: 17 anni fa1 commento1 partecipante alla discussione

Cari colleghi,

non riesco ancora a mettermi al lavoro per aiutare anch'io su questa voce (peraltro non sono un grande esperto in materia), però da una prima occhiata ho due piccoli rilievi.

1. Questa è una pagina di discussione o una sandbox? Forse sarebbe meglio tener separate le cose, l'impressione è piuttosto caotica (da qui il titolo di questo mio post); se qualcuno ritiene che sarebbe appropriato scrivere infinite voci sulla meccanica quentistica, che rappresentino tutte le interpretazioni possibili in modo che ogni utente possa essere rediretto in modo aleatorio su una di quelle, è meglio che avvisi gli altri contributori...
2. Nel (lungo) incipit della voce si parla sistematicamente di «risultati di un esperimento» (quelli che sono determinati da una distibuzione di probabilità). Io preferirei parlare sempre di «risultati di una misura» («della misura di una grandezza fisica», più esattamente, ma non è il caso di ridirlo tutte le vlte) perché il concetto di "esperimento" è un po' troppo vago in questo contesto. Siete d'accordo?

--Guido (msg) 16:36, 10 lug 2008 (CEST)Rispondi