La visione del mondo della Relatività e della Meccanica Quantistica

La fisica del XX secolo, con le teorie della Relatività e della Meccanica Quantistica, ha cambiato radicalmente la visione del mondo che ci circonda. Dallo spazio e tempo assoluti e indipendenti si è passati ad una descrizione di un mondo in cui distanze ed intervalli di tempo dipendono da chi le osserva, in cui l’ordine di accadimento di due eventi non è sempre univoco, in cui la velocità del tempo segnato da un orologio dipende da quali corpi si trovino vicino. Nel microscopico si è invece abbandonata la descrizione della fisica classica, magari caotica, ma sempre deterministica, per arrivare ad una descrizione probabilistica, in cui gli stati e le proprietà del mondo microscopico non sono determinati, a priori, intrinsecamente, ma acquisiscono realtà solo se vengano misurati o se entrino in contatto con altri “oggetti”. L’abbandono della realtà locale, del fatto cioè che le azioni esercitate in un luogo, per particolari sistemi, possono avere effetti istantanei su oggetti a distanze virtualmente infinite, stravolge la descrizione di un mondo che fino al secolo scorso sembrava sensato e ragionevole. Nel corso verranno descritte le principali caratteristiche di queste due teorie, come abbiano cambiato il concetto del nostro universo e delle possibilità di conoscerlo, e come abbiano influito nella vita quotidiana.

1.      Settimana: Il punto della situazione

1.1.   Il XX secolo: nascono due nuove teorie fisiche.

         Il punto della situazione.

         La scienza agli inizi del ‘900.

1.2.   Alcune cose non tornano

         La velocità della luce.

         Magneti e correnti elettriche.

1.3.   Il problema delle asimmetrie nei fenomeni elettro-magnetici

         Altre cose che non tornano.

         Le soluzioni a questi problemi.

         Elettromagnetismo e luce.

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2.      Settimana: La teoria della Relatività Speciale

2.1.   A. Einstein 30.6.1905.

         Trasformazioni di coordinate.

         Sistemi di riferimento.

         SdR inerziali.

         La relatività di Galileo.

2.2.   Relatività Speciale 2

         I principi della RS.

         Lo spazio tempo di Minkowski.

         Le trasformazioni di Lorentz.

         Come cambia il mondo.

2.3.   Relatività Speciale 3

         Contrazione delle lunghezze.

         Dilatazione dei tempi.

         Il mistero dei mesoni mu.

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3.      Settimana: E=mc^2 e la Relatività Generale

3.1.   E=mc^2.

3.2.   Un problema difficile: la gravità

         Massa inerziale e Massa gravitazionale.

         L’ascensore di Einstein.

         Il principio di equivalenza.

         Lo spazio-tempo curvo.

3.3.   Lo spazio-tempo è curvato dalle masse

         Le equazioni di Einstein.

         La metrica.

         Le conseguenze su tempi e lunghezze.

         Effetti misurabili e quotidiani.

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4.      Settimana: Gli inizi della meccanica quantistica.

4.1.   Fatti che non tornano, o che non si spiegano.

         Spettri di emissione e di assorbimento.

4.2.   M. Planck e A. Einstein

        19.10.1900: nasce la MQ – Planck.

         Lo spettro del corpo nero.

         La radiazione è scambiata per quanti indivisibili.

         17.3.1905 – Einstein – L’effetto fotoelettrico.

         1912 - N. Bohr – Le orbite atomiche sono quantizzate.

4.3.   L. de Broglie - le particelle sono anche onde.

        1924 -  de Broglie: la lunghezza d’onda associata ad ogni particella.

        Onde.

        Effetti strani delle onde.

        Diffrazione e interferenza.

        de Broglie spiega la quantizzazione delle orbite atomiche.

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5.      Settimana: La MQ, passi successivi nella costruzione della teoria.

5.1.   La funzione d’onda, com’è.

         Perché spesso non si vedono gli effetti quantistici.

         Schrödinger e Heisenberg, gli ultimi tasselli della teoria, per il momento.

5.2.   La funzione d’onda, come funziona.

         Funzione d’onda e la probabilità.

         L’ampiezza di probabilità.

         L’equazione di Schrödinger.

5.3.   Il Principio di Indeterminazione – Le due fenditure

         1927: Heisenberg.

         Qualche calcolo.

         Un esperimento tipicamente quantistico: le due fenditure.

         Proiettili – Onde – Elettroni.

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6.      Settimana: L’esperimento con le due fenditure

6.1.   L’interferenza di un elettrone con se stesso.

         Heisenberg e le due fenditure: non posso sapere da dove è passato l’elettrone.

6.2.   La funzione d’onda e la misura - L’effetto tunnel

         Come “funziona” la f.d.o.?

         L’effetto tunnel.

6.3.   La sovrapposizione delle soluzioni

         Il gatto di Schrödinger.

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7.      Settimana: Einstein, Podolski e Rosen mettono in crisi la MQ

7.1.   25.3.1935 - La meccanica quantistica è completa?

         La polarizzazione della luce.

         Il polarizzatore.

         Il polarizzatore se ho un solo fotone.

7.2.   Autovalori e autostati.

         La funzione d’onda di due stati sovrapposti.

7.3.   Misure ideali con due fotoni

         Stati entangled (interlacciati).

         Realismo e località.

         L’argomento EPR.

         Le necessarie conclusioni: La MQ è incompleta.

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8.      Settimana: J. Bell

8.1.   1964 – J. Bell propone un esperimento per verificare la località della realtà.

         Le previsioni di Bell.

8.2.   La realtà non è locale

        1982 – A. Aspect fa l’esperimento

         La realtà non è locale.

         La MQ è completa.

         Cosa ci si può fare con dei fotoni interlacciati.

8.3.   Un piccolo riassunto di quello che abbiamo fatto.

         La visione del mondo.

         Il modello standard.

         La cosmologia.

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