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I fotoni

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[1] I fotoni

Messaggioda Foto UtenteIanero » 10 lug 2016, 16:12

Sto leggendo il quarto capitolo de "La fisica di Berkeley - Meccanica quantistica" che parla dei fotoni e diciamo che sono abbastanza sconcertato.
Dunque, vediamo se ho capito bene ciò che ho letto, cerco conferme.

I campi elettromagnetici, in particolare E e B (in particolare le densità energetiche associate ai loro quadrati), non esistono, sono solo idee di comodo che permettono di rappresentare fenomeni abbastanza macroscopici (o meglio abbastanza "in media temporale").
In altre parole sono "immagini mentali comode" che funzionano abbastanza bene quasi sempre.

L'interpretazione che la realtà fisica induce invece è quella di vedere: "integrale della densità energetica associata al campo elettromagnetico di un solo fotone (di energia E) monocromatico nella zona di spazio V" --> "probabilità di trovare il fotone in V (con tutta l'energia E completamente dentro V, e niente altrove)".
In altre parole, i fotoni non si spezzano.

Questo vorrebbe dire che se ho una sorgente luminosa puntiforme che emette un raggio di luce a frequenza \omega e un fotorivelatore di area A a una certa distanza r, avrò una probabilità P che il fotorivelatore si attivi dicendo di aver rivelato una energia luminosa pari ad h \omega.



Ovvero che un fotone ha una certa probabilità di andare lì.
Ma questo significa che la natura ha direzioni spaziali preferenziali rispetto ad altre?
Va bene che nel caso di sorgente puntiforme la funzione probabilità ha una simmetria sferica (ovvero la funzione densità energetica elettromagnetica) ma prima o poi la cella scatterà, e questo vorrebbe dire che un fotone è veramente andato nella direzione della cella piuttosto che in un'altra.

Ho letto anche l'esperimento della doppia fenditura e mi sembra di aver capito che sia "modello fotone come particella" che "modello ondulatorio" sono entrambi sbagliati perché entrambi non descrivono bene ciò che succede dall'inizio alla fine.
In particolare non ha senso chiedersi "il fotone che ho ricevuto adesso è passato nella fenditura 1 oppure nella fenditura 2?" perché porterebbe alla visione di una rivelazione della luce come somma delle rivelazioni che si otterrebbero chiudendo una fenditura alla volta, cosa che invece non accade sperimentalmente.

Quindi dovrei concludere dicendo che:
la luce è la luce e si comporta in modo abbastanza strano perché una volta funziona se la penso come fotone e una volta funziona se la penso come campo elettromagnetico, ma entrambe queste due cose sono solo "idee di comodo" che vanno associate alla luce reale in base alla situazione per fare previsioni non errate (a cui invece porterebbe pensare la luce solo in un modo o solo in un altro).

In altre parole dovrei dire che descrivo la luce come onda nell'attraversamento delle fenditure e poi la vedo come particella nel momento dell'impatto con il fotorivelatore?

La natura quindi funziona non in una maniera prevedibile secondo un singolo schema mentale? Ce ne vogliono due in contemporanea?
Servo, dai a costui una moneta, perché ha bisogno di trarre guadagno da ciò che impara.
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[2] Re: I fotoni

Messaggioda Foto UtenteBrianz » 10 lug 2016, 17:37

Io ritengo che non sia la la natura a funzionare in modo imprevedibile. Io ritengo che quello che non funziona è il credere che i modelli che abbiamo creato siano la descrizione della realtà.
La scienza è Scienza quando cerca di adeguare le sue teorie alla realtà e non quando cerca di adattare la realtà alle sue teorie.

Esse sono, come hai detto tu, nient'altro che idee di comodo, in continua evoluzione che procede disordinata per due ragioni:
- quando le idee sono pensate principalmente come un progresso nel controllo della realtà e solo secondariamente un progresso della conoscenza
- e, soprattutto, quando sono considerate dogmi intoccabili, nonostante ne dovrebbe essere palese la loro validità momentanea e la loro essenza di "idee di comodo".

Siccome tutti noi, a seguito di quanto abbiamo appreso nelle scuole, siamo affetti almeno dal secondo problema, ecco che diventa molto difficile fare passi avanti realmente significativi.
Il "genio" è chi riesce a pensare con paradigmi diversi da quelli del suo tempo.
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[3] Re: I fotoni

Messaggioda Foto UtenteCandy » 10 lug 2016, 20:30

Quello che e` certo, ai miei occhi, al mio misero cervello ignorante, tutto e` affascinante e curioso. Certamente l'affermazione riportata e` meditata e ragionevole. Ma penso che questi dubbi siano ancora tali praticamente per tutti, o quasi, e potrebbero coinvolgere la mancata comprensione di molti altri aspetti controversi e lontani dall'essere manipolati con assoluta certezza.
Vuoi anche perche` sono fenomeni non facilmente osservabili a tutti, si riducono di molto anche le probabilita` che un bel giorno qualcuno se ne esca con qualche bella idea rivoluzionaria. Sono temi un poco aristocratici.
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[4] Re: I fotoni

Messaggioda Foto UtenteWALTERmwp » 10 lug 2016, 22:20

Resta sempre il fatto, o la necessità più che altro, di volere, comprensibilmente, ricondurre ogni manifestazione fisica alla nostra dimensione, alla nostra esperienza quotidiana, cerchiamo sempre delle similitudini ma a volte alcune sono fuorvianti.
Come hanno già scritto in tanti, la natura è ingannevole, ci tira dei brutti scherzi, ce lo insegna anche la storia.

Anche ingabbiare il fotone (per adesso è lui, chissà domani cosa scopriremo) in schemi di comodo, al di là dei riscontri sperimentali, è una necessità.

E' un bosone, portatore di una forza, della forza elettromagnetica, "pare" non abbia massa (è giusto, no ?) è un tipo tutto nervoso, tutta energia: ecco, questo riesco un po a metabolizzarlo, assimilo l'energia alla materia e viceversa, mi sfugge invece la storia del dualismo.

Forse un esercizio a valenza generale potrebbe essere quello di resistere alla tentazione di cercare spiegazioni riconducendo certi fenomeni alla nostra dimensione.

Ma la discussione merita e, a mio parere, diversi di quelli che la raccontano cercando di convincere gli altri di saperla per certa, in realtà per gli stessi tanto tale non è.

Saluti
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[5] Re: I fotoni

Messaggioda Foto UtenteCandy » 10 lug 2016, 22:46

WALTERmwp ha scritto:mi sfugge invece la storia del dualismo.

Dovresti documentarti, e` affascinante. Evidentemente nel tentativo di qualificarlo, si e` da lungi trovato che la luce si propaga come onda, se osservata come tale, o come particella, se opportunamente osservata come tale.
Semplificando: se fai un esperimento che dimostri che il fotone si propaga come onda elettromagnetica, troverai che e` realmente cosi`. Se fai un esperimento che dimostri che invece si propaga come particella, troverai ancora che e` realmente cosi`.

Giusto giusto pochi thread fa scrivevo in merito a delle affermazioni di Mikio Chacu, un fisico che avevo avuto modo di ascoltare su un canale scentifico e la cosa mi ha incuriosito perche` non avevo capito il senso delle sue affermazioni, fino a quando tramite youtube ho seguito integralmente due esperimenti pratici, che mostrano le due manifestazioni.

La conclusione della mia mente contadina e` che quindi la luce e` luce, ed i due esperimenti dimostrano qualcosa di incompleto.
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[6] Re: I fotoni

Messaggioda Foto UtenteIanero » 11 lug 2016, 17:48

Particelle di massa differenti hanno frequenze differenti (E=mc^2=\bar{h} \omega).
Prendo un atomo.
Gli elettroni hanno massa differente dai protoni.
Posso teoricamente mettere su un esperimento che spari l'atomo contro un reticolo con un passo pari alla lunghezza d'onda degli elettroni (maggiore di quella dei protoni).
A questo punto l'elettrone dovrebbe diffrangere, ma il protone no.
E' quindi possibile che dall'altro lato del reticolo non riesca più a ricostruire l'atomo?

Edit postumo: quanto vorrei una risposta di Foto UtentePietroBaima ora :mrgreen:
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