Unificate la Fisica!

Introduzione: Una delle piu’ grandi conquiste della scienza e’ scoprire che due fenomeni che sembravano completamente diversi sono invece regolati dalle stesse leggi. Ecco un generatore di onde dove potete passare immediatamente dall’acqua, al suono e alla luce del laser. E scoprire che potete applicare le stesse tecniche per studiarli.

Cose da fare: Scorrete giu’ la finestra fino a selezionare la versione italiana. Cliccate su Run now. Compare una finestra con 3 linguette:acqua, suono, luce. Divertitevi a lavorare con tutte e tre scoprendo le analogie tra i 3 fenomeni. Ad esempio qual’e’ la grandezza fisica che “ondeggia” nei 3 casi? Cambiare la frequenza cosa provoca nei 3 casi? (Notate che i suoni possono essere resi udibili). Che differenza c’e’ tra le configurazioni prodotte dall’interferenza (zone piu’ chiare e scure). Riuscite a capire cosa succede in un singolo punto? (usate l’apposito strumento)

Cosa succede:  Il concetto di onda compare nella spiegazione di innumerevoli fenomeni fisici. Il bello di considerarlo contemporaneamente in 3 fenomeni completamente diversi e’ nel fatto che ci permette di comprenderli meglio. Ad esempio le onde elettromagnetiche sono invisibili e tridimensionali, ma guardando le onde d’acqua ci rendiamo conto di cosa succede nello spazio per un’onda elettromagnetica.  Il colore della luce  corrisponde alla frequenza di un suono. Ma cosi’ come abbiamo suoni inudibili perche’ troppo gravi o acuti, cosi’ la maggioranza delle onde elettromagnetiche non ha colore.

Ancora, acqua e suono vengono trasportate dalla materia mentre la luce e’ pura energia e puo’ viaggiare anche nel vuoto.

L’uso delle onde per spiegare e unificare campi diversi della fisica ha raggiunto il suo apice con la meccanica quantistica (che non viene considerata in questa simulazione). In effetti si sarebbe potuto aggiungere una nuova linguetta con la scritta “materia”.  Infatti l’equazione di Schroedinger spiega il comportamento della materia con un’onda . Un’onda di cosa vi chiederete? Di probabilita’ che un oggetto quantistico si trovi in un certo punto dello spazio. Lo stesso fenomeno di interferenza che la simulazione mostra per la luce si ha anche per la materia. Questo video mostra le frange di interferenza ottenute con oggetti grande come molecole! Queste frange di interferenza vanno confrontate con quelle ottenute con la luce in questa simulazione.

Notate come la presenza della doppia fenditura crea sullo schermo delle zone senza luce (per questo si parla di frange). Se invece togliete la barriera le stesse zone dello schermo sono illuminate.  Se voi interpretate l’esperimento della luce in maniera diversa  considerando il laser come un cannone di fotoni che spara contro la barriera allora dovrete ammettere che queste zone vuote sono inammissibili. Il fatto che siano presenti per la luce si spiega col fatto che e’ un’onda. Ma cosa succede se ora usiamo un cannone che spara materia come le molecole del video. Ebbene il risultato e’ identico: presenza di frange. Ragionando col buon senso comune, il risultato non ha senso. Se io sono una molecola e mi trovo davanti a 2 fenditure devo passare necessariamente da una delle due.Dopodiche’ non c’e’ nessuna ragione perche’ alcune delle zone dello schermo siano proibite per me. Posso arrivare in qualsiasi posizione dello schermo. Ma questo non succede! E l’interpretazione giusta e’ quella quantistica. Io passo attraverso le due fenditure contemporaneamente e interferisco con me stesso e questo mi rende alcune zone dello schermo tabu’. Cioe’ ogni oggetto quantistico si comporta come un’onda!

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Altri applet di onde

Il materiale ha come indirizzo http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-interference e fa parte della raccolta PhET – The Physics Education Technology Project : alcune delle simulazioni sono tradotte in italiano.

Autore:
© Colorado University – phethelp@colorado.edu

Titolo in inglese : Wave interference

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