di  -  lunedì 8 febbraio 2010

Uno dei concetti più difficili da comprendere e da accettare della Meccanica Quantistica è la dualità onda-particella. La meccanica quantistica, infatti, sostiene che ogni particella, pur essendo corpuscolare, e quindi seguendo le leggi della meccanica newtoniana, è allo stesso tempo anche un’onda, e quindi segue le proprietà della fisica ondulatoria. È un concetto molto strano, come fa una cosa ad essere sia un’onda che una particella allo stesso tempo? Se dal punto di vista teorico quest’idea è molto complessa, il metodo per vederlo coi propri occhi è di semplicissima realizzazione, e lo può fare chiunque a casa propria. Anzi, al giorno d’oggi chiunque lo può fare con risultati molto più soddisfacenti di Young, che dà il nome al relativo esperimento. Si può anche vedere il risultato con una piccola applet java dimostrativa. L’idea è che se prendiamo un pannello con due fenditure, una sorgente luminosa da una parte e una lastra fotografica (o ancora meglio, un sensore digitale) dall’altra possiamo verificare questa dualità.

Chiudendo una delle due fenditure, la luce la attraverserà, andando ad incidere sulla lastra fotografica lasciando un’immagine unica. In questo senso la luce si è comportata seguendo la meccanica newtoniana, come se fosse composta da palline che attraversano una porta aperta. Dopo questa osservazione, aprendo entrambe le fenditure, uno si aspettarebbe di vedere la luce distribuita uniformemente attorno a due zone più luminose di fronte alle fenditure. Invece non si osserva niente di tutto ciò. Quello che si vede è ciò che viene chiamato “pattern di interferenza” con delle strisce più luminose alternate a strisce buie (a seconda che l’interferenza sia costruttiva o distruttiva). Questo comportamento è tipico di un’onda (pensate per esempio a cosa vedreste lanciando due sassi nello stesso momento in un lago) e dimostra come la luce sia effettivamente anche un’onda.

Questo esperimento può essere condotto anche con gli elettroni, al posto della sorgente luminosa. Se mettiamo una sorgente di elettroni da un lato, il solito pannello a due fessure in mezzo e un pannello rivelatore dall’altra, posssiamo osservare come, con l’aumentare del flusso di elettroni, si osservi un pattern di interferenza. Le immagini a fianco sono prese dopo l’invio di 10 (a), 200 (b), 6000 (c), 40000 (d), 140000 (e) elettroni. È facile osservare come gli elettroni comincino a mostrare un comportamento via via sempre più ondulatorio. La capacità di interferire con le altre particelle come delle onde, in meccania quantistica, viene identificata con il nome di “quantum coherence” o coerenza quantistica.

L’idea di base di questo concetto è che, nell’esempio delle due fenditure, l’elettrone può passare per entrambe le fessure contemporaneamente, proprio come se fosse un’onda. In pratica una particella, quando viaggia, prende contemporaneamente tutte le strade possibili, riuscendo così a minimizzare lo sforzo necessario per arrivare a destinazione. È un po’  come se noi potessimo, per andare da casa al posto di lavoro, prendere tutte le strade contemporaneamente, in modo da evitare i semafori, le code, le deviazioni istante per istante.

In un articolo comparso sulla rivista Nature dello scorso 4 Febbraio, alcuni fisici-chimici dimostrano come alcune piante siano in grado di sfruttare questa proprietà quantistica della luce, per ottenere la massima energia dalla fotosintesi.

L’autore, Greg Scholes, con i suoi colleghi, sono riusciti ad isolare in laboratorio la proteina che alcune alghe sensibili alla luce, chiamate Rhodomonas CS24 e Chroomonas CCMP270, utilizzano per raccogliere la luce. Queste alghe fanno parte della famiglia delle Cryptophytes e hanno una caratteristica che le contraddistingue dalle altre piante. Non utilizzano un’unica proteina come recettore della luce (come la clorofilla nelle piante verdi), ma “personalizzano” le loro proteina in base alla luce che raccolgono, con diversi colori.

Questa particolarità ha aiutato molto i ricercatori a seguire la luce nel suo percorso verso le proteine che la sintetizzano in energia utilizzabile per la vita. Scholes ha utilizzato dei raggi laser monocromatici molto brevi e intensi per illuminare queste alghe. Poi, attraverso una tecnica già sperimentata nel campo della cristallografia, il team di scienziati ha “seguito” il percorso dell’energia, osservando dove si trovava in ciascun istante. Avere una luce monocromatica e quasi istantanea (il flash laser ha una durata dell’ordine del femtosecondo, un quadrimilionesimo di secondo) ha permesso di tracciare la luce e misurare il tempo di sopravvivenza della stessa in ciascun stato. Quello che si è osservato è decisamente sorprendente. Questa alghe riescono a mantenere l’energia “attiva” per un periodo 400 volte superiore al tempo di esposizione alla luce (quindi circa 400 femtosecondi) e in diverse zone della struttura stessa. In pratica utilizzano pienamente il concetto di coerenza quantistica, facendo fare alla luce più percorsi contemporaneamente, in una sovrapposizione di stati quantistici.

Questa osservazione non è del tutto nuova, nel senso che si erano già visti comportamenti simili in particolari batteri viola, e altri batteri che hanno dimostrato di utilizzare questa tecnica in condizioni di freddo estremo, 77 gradi kelvin (-196 celsius).

Queste alghe, però, sono le prime a mostrare come effetti quantistici possano diventare più importanti della meccanica newtoniana anche in condizioni “standard”, a temperatura ambiente e all’interno di strutture macroscopiche come delle alghe complesse.

L’utilizzo del laser intenso e monocromatico è stato un “trucco” per osservare il fenomeno, non per crearlo. È quindi possibile estendere quasta osservazione anche in strutture più complesse ed aspettarsi che tutte le piante sfruttino la coerenza quantistica per ottimizzare l’assunzione di energia per effetto della fotosintesi.

Perché questa osservazione è così importante? Beh, a parte l’amore della conoscenza che ci porta ad esultare per ogni passo verso la comprensione della natura, possiamo cercare di imparare da essa, e dalle tecniche che essa ha sviluppato dopo milioni di anni di evoluzione.

A chi vengono in mente, per esempio, le celle fotovoltaiche?

51 Commenti »

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  • # 1
    runner
     scrive: 

    mi permetto di far notare che il periodo “…Non utilizzano un’unica proteina come recettore della luce (come la clorofilla nelle piante verdi)….”
    è impreciso, la clorofilla è un pigmento non una proteina, inoltre nelle piante superiori ci sono altri pigmenti che assorbono la luce, es. i carotenoidi.

  • # 2
    D
     scrive: 

    Ne consegue che se diamo della testa di rapa a qualcuno gli stiamo facendo un complimento per la sua intelligenza ?

  • # 3
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    La clorofilla è un pigmento, ma nelle piante è organizzata sotto forma di proteine pigmentate chiamate fotosistemi.
    In ogni caso non mi sembra fosse quello il punto del post….

  • # 4
    Notturnia
     scrive: 

    grumble.. non ho capito.. hanno scoperto che “Non utilizzano un’unica proteina come recettore della luce (come la clorofilla nelle piante verdi), ma “personalizzano” le loro proteina in base alla luce che raccolgono, con diversi colori.”

    Bastava guardare un acquario marino per capirlo..

    sarà che allevo coralli duri da tempo.. ma lo so anche io che ogni corallo ha bisogno di una speciale lungezza d’onda per crescere meglio e che ad ogni “colore” di luce corrisponderanno alghe superiori ed inferiori differenti.. ovvero quelle che meglio sfruttano le lunghezze d’onda che io do loro..

    lo si studia da tempo per la coltura dei coralli molli e duri in acquariologia .. proprio perchè un corallo vive in simbiosi con le alghe e si sa che ogni alga predilige un certo “colore” di luce..

    dev’esserci qualcosa che mi sfugge -.-

  • # 5
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    La scoperta non è che queste alghe utilizzino colori diversi. Questa proprietà è stata sfruttata per scoprire che utilizzano un fenomeno della meccanica quantistica, la coerenza quantistica, per raccogliere più energia possibile….

  • # 6
    Fulvio
     scrive: 

    Bell’articolo. Ora ne aspetto uno che mi illumini sull’entanglement

  • # 7
    n0v0
     scrive: 

    x Notturnia

    la scoperta non sono i “gusti” delle piante in fatto di lunghezze d’ onda.

    Quel che si è compreso è che alcune piante sfruttano fenomeni quantistici per migliorare l’ efficienza di conversione della luce in energia utile.

    Però c’ è un punto che mi risulta oscuro (se ho capito bene): questi autori vorrebbero dire che, così come il fotone percorre tutti i possibile percorsi attraverso le due fenditure, farebbe lo stesso anche nelle piante? E, di conseguenza, che si avrebbe una sorta di “moltiplicazione del segnale”, cioè il fotone verrebbe sfruttato da più enzimi?

    Ma non è contraddittorio con l’ esperimento di Young?

  • # 8
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    @ n0v0
    Quello che dici è giustissimo a parte la considerazione sulla moltiplicazione del segnale. Non è che un fotone si sdoppia per passare tra le due fenditure, è lo stesso fotone che passa da entrambe le parti. È un concetto molto difficile da accettare, anche per me è spiegabile solo attraverso la descrizione ondulatoria della particella, ma non riesco a figurare questo fatto in modo intuitivo.
    La pianta ne approfitta nel senso che minimizza le perdite di segnale, in un certo senso.

  • # 9
    Notturnia
     scrive: 

    p.s. quelle immagini mi ricordano molto quelle che si ottenevano con i fenomeni di difrazione ottica e altri giochini simili in cui si vedeva che i fotoni “illuminavano” anche i bordi del foro di passaggio quando questo era comparabile con la lunghezza d’onda.. ma non aveva niente a che fare con la meccanica quantistica.. era solo ottica..

    a prescindere..

    si sta cercando di dire che una pianta riesce a sfruttare una % maggiore dell’energia contenuta in un fotone sfruttando il fatto che il fotone statisticamente puo’ essere in più posti e quindi mette dei recettori che lo possono cogliere su più lunghezze d’onda a seconda di dove si troverà nell’istante x ?

    carino da parte della pianta.. ma non ne vedo l’applicazione per noi.. pannelli FV quantistici ?.. -.-

    purtroppo ho una mente di sasso :-D e spero che me ne scuserete.. ma non vedo l’applicazione pratica..

    se è solo una ricerca fine a se stessa ok.. la prendo per buona.. ho amici che lavorano a “distruggere il mondo” come lo dico io quando siamo a cena (li sotto la montagna a fare buchi neri..) e anche li mi dicono che è quasi più per provare una teoria che per ricavarne qualcosa di utile..

    ma se il fatto di sapere che le piante (vecchiotte di qualche miliardo di anni..) sfruttano bene l’energia dei fotoni e che, sapendo che un fotone puo’ spostarsi in modo quantistico, hanno ideato un modo per catturarne più energia e quindi anche noi dobbiamo farlo.. beh.. la vedo dura -.-

    siamo ancora nel paleolitico noi con queste cose..

  • # 10
    Notturnia
     scrive: 

    @Eleonora Presani

    la mia è solo curiosità senza vene polemiche.. sono solo curioso.. ho sempre bisogno di una “morale” nelle cose.. e qui non riesco a vederla.. evidente che mi sfugga.. per quello chiedo e forse “scrivo a voce alta” quello che sono pensieri ;-)

  • # 11
    turboman
     scrive: 

    ma non riesco a capire come fa il fotone o l’elettrone a “passare contemporaneamente” sulle due fenditure, cioè cosa succede effettivamente? La particella coesiste nello stesso tempo in due o più punti contemporaneamente?

  • # 12
    n0v0
     scrive: 

    x Eleonora

    è qui che ti volevo ;-)

    il fotone è unico, l’ ho solo scritto in modo orribile io…

    Però non capisco come da questa proprietà della materia si possa trarre il beneficio di cui parlano gli autori.

    Per quanto ne so, finché non intervengono fattori esterni ogni particella si può pensare come presente in tutto (ma proprio tutto) il cosmo intero. È una questione di probabilità, no?

    Appena qualcuno interviene, però, questa nebbia scompare e la particella acquista le.. “coordinate” in cui ha subito l’ interferenza e scompare da ogni altra possibile localizzazione nello spazio. È il collasso della funzione d’ onda.

    Allo stesso modo in cui noi operiamo tale collasso con la misurazione in una delle due fenditure e “obblighiamo” la particella a presentarsi proprio lì, così la pianta, quando coglie il fotone con una proteina/enzima/quelcheglipare l’ interferenza svanisce e con lei i molti cammini di cui parli.

    Dunque dov sarebbe il guadagno rispetto a un fotone che si comportasse in modo “tradizionale”, non quantistico?

    se ho detto giusto, eh.. ;-)

  • # 13
    Notturnia
     scrive: 

    @turboman

    il concetto quantistico è che .. tu non sei li dove sei adesso.. ma appari li perchè le tue molecole e atomi preferiscono stare li.. ma potrebbero anche stare altrove.. ovvero la maggior parte del tempo tu sei li dove sei adesso.. ma ogni tanto un tuo atomo è .. fuori da te.. ma per poco tempo..

    il fotone di prima a volte non è passato dalla prima fenditura ma dalla seconda.. perchè è una questione statistica e non più certa..

    il fotone preferisce passare li.. ma non sempre.. puo’ anche farlo in altro modo..

    la quantistica non è facile da spiegare e ancor meno da visualizzare..

    ci hanno provato una volta due miei amici del cern.. ma devo dire che alla fine ho preferito dargli della birra e farli stare zitti :-D ero bello incasinato.. a momenti mi sentivo male perchè non ero più come pensavo di essere..

    la quantistica è strana.. ma in generale è come se tu mettessi una moneta in una scatola.. apri 100 milioni di volte la scatola e 1 volta non trovi la moneta.. la moneta è un fotone ovviamente.. e a volte non è dove dovrebbe essere.. perchè “dovrebbe” è statistica.. e non certezza..

    ora credo di aver fatto abbastanza casino :-D

    se la mia speigazione è incasinata sentitevi liberi di tagliare il commento e rifarlo meglio -.-‘

  • # 14
    Alessandro P.
     scrive: 

    La ricerca in questi campi segue direttamente dalla voglia dell’uomo di esplorare. Se il primo uomo ad accorgersi che l’argilla cambiava vicino al fuoco, nella preistoria, avesse pensato “siamo ancora nel paleolitico noi con queste cose”, allora saremmo davvero ancora nelle caverne.

    Il fatto che ci sia qualcosa che trascenda il nostro senso comune, e che altri facciano cose le cui implicazioni non riusciamo ad immaginare, beh, non vuol dire che queste persone non le debbano fare.

    E’ forse più importante questo che non il mettere un mattone dietro l’altro.

  • # 15
    n0v0
     scrive: 

    x Notturnia

    ti vedo un po’ troppo rigido, perdonami la confidenza..

    La ricerca non è mai fine a se stessa, anche quella più astratta. Perché anche se chi l’ ha pensata lo avesse fatto proprio con quell’ intento, stai certo che in breve arrivebbe un altro a coglierne il lato pratico che prima era sfuggito.

    E non dimenticare che la tecnologia evolve grazie anche alla ricerca di base, che chiede strumenti sempre più sofisticati. Dei quali il mercato poi si giova.

  • # 16
    n0v0
     scrive: 

    x turboman

    occhio a non confondere la realtà (qualunque cosa sia) con la spiegazione che ne diamo.

    Almeno questo è il mio punto di vista. La fisica offre solo spiegazioni e rappresentazioni della realtà, non dice cosa sia veramente.

    Quando leggi che il fotone va di qua e poi di la e poi in entrambe e poi in nessuna…. è solo un modo concettuale di spiegare ciò che deriva dalle equazioni e – ancor più – dagli esperimenti.

    Esperimenti che, se fatti a dovere, ci dicono come funziona la Natura e noi dobbiamo solo crederci, anche se ci battiamo la testa.

    Richard P. Feynman, Nobel per la Fisica, disse: “non pretendo che comprendiate quel che vi dirò sulla meccanica quantistica, semplicemente perché nemmeno io la capisco. E il fatto è che non la capisce NESSUNO. Essa offre un’ immagine della realtà completamente contraria al senso comune. Ma è in perfetto accordo con i dati sperimentali. Quindi spero che accetterete la Natura per quello che è: assurda.”

    facile, no? ;-)

  • # 17
    Notturnia
     scrive: 

    @Alessandro e n0v0 con siamo nel paleolitico intendevo dire che abbiamo molto da imparare su come sfruttare i fotoni.. non che siamo fermi.. ma che abbiamo appena iniziato.. e lo so che le ricerche teoriche prima o poi troveranno applicazione in qualche campo.. basta vedere molte cose di uso comune oggi..

    ma ciò non toglie che quest’articolo sottintenda qualcosa.. sennò non ci sarebbe stato un titolo così “ad effetto” ..

    e io non riesco a vedere a cosa si tende..

    spesso , al giorno d’oggi, l’evoluzione nasce PER FARE la ricerca di base.. si creano cose che prima non esistevano per poter fare delle ricerche.. e questo genera evoluzione..

    fra qualche decennio probabilmente anche la ricerca del cern poterterà qualche frutto tangibile.. ma sono dell’idea che sia più facile che alcune cose proggettate per quell’esperimento possano tornarci più utili delle implicazioni dell’esperimento a “breve” ..

    p.s. siamo in internet :-D non posso perdonarti la confidenza.. credo sia insito nel “gioco”.. se parlo mi espongo.. e quindi devo essere pronto alle critiche ;-) sennò stavo zitto :-D quindi parla pure non hai da farti perdonare nulla

  • # 18
    turboman
     scrive: 

    @ Notturnia

    quindi se ho capito bene la particella “scompare e “ricompare” in punti diversi seguendo leggi probabilistiche, nel senso che il comportamento ondulatorio della particella è da intendersi come onda di probabilità, sta più lì che qua ma non siamo mai certi che stia in un punto determinato.

  • # 19
    marcello
     scrive: 

    La news e’ importante anche perche’ dimostra che negli esseri viventi(in generale) vengono sfruttati questi principi e quindi, molto probabilmente, anche nell’organismo degli esseri umani.
    Potrebbe essere questa la chiave di volta dell’intelligenza umana, per esempio l’efficienza del nostro cervello potrebbe derivare anche dal fatto che i segnali elettrici che circolano nel nostro cervello sfruttano lo stesso principio, etc etc

  • # 20
    turboman
     scrive: 

    @ n0v0
    sìsì ho capito cosa intendi, ma vedi io perlomeno sono sempre stato curioso di sapere e di capire più che mai cosa avviene a livello fisico, cioè qualcosa succederà anche se la spiegazione che ne dà la fisica quantistica è paradossale (onda e particella insieme), cioè mi sono sempre chiesto cosa vuol dire che una particella si comporta come un’onda? E poi onda di che cosa ? è questo che non riesco a capire

  • # 21
    n0v0
     scrive: 

    x Notturnia

    allora siamo d’ accordo.

    Anch’ io intendevo che il progresso e i benefici della ricerca base fossero in massima parte insiti nell’ avanzamento tecnologico richiesto per l’ esperimento stesso, piuttosto che l’ esperimento in sé. L’ ho anche scritto a fine penultimo post ;-)

    Non pretendo certo che il mio cellulare vada di più dopo che avranno scoperto il bosone di Higgs… ma tutta la ricerca sul modo di rendere possibile la sua scoperta, quella sì che darà contributi tangibili.

    Il contro-esempio sono le macchine fotografiche digitali e i lettori cd, che senza le ricerche “pure” di Einstein sull’ effetto fotoelettrico non si sarebbero proprio visti..

    quindi è un po’ di tutti e due.

    p.s. tranquillo, amici come prima ;-)

  • # 22
    n0v0
     scrive: 

    x turboman

    non certo un’ onda del mare.. ;-)

    vediamo…. quando si parla di “comportamento come un’ onda” si intende che la tale particella ci appare a noi osservatori con le medesime caratteristiche che avrebbe se fosse un’ onda macroscopica (come quelle del mare).

    Cosa distinque un’ onda? Sarebbe un po’ lunga, quindi mi permetto di riportare Wikipedia http://it.wikipedia.org/wiki/Onda_(fisica)

    In pratica non sono altro che definizioni. Modi per identificare e categorizzare il comportamento delle particelle a livello subatomico (dei quali loro non hanno bisogno, è a noi che servono!!).

    Il mondo quantistico è bizzarro, semplicemente si cerca di tradurlo in termini “umani”..

  • # 23
    Notturnia
     scrive: 

    @turboman ..

    tranquillo che la cosa del “quantistico” mi ha sconvolto quella volta.. non erano due ignoranti a spiegarmelo.. ma due prof universitari e ricercatori.. eppure alla fine.. colpa mia.. con il fatto di dover “vedere” la cosa nella mia mente per spiegarmela non ci capivo nulla.. la meccanica quantistica è come la 4a dimensione.. non è che si puo’ disegnare.. devi comprenderla.. o almeno tentare di immaginare che è così..

    vattela a pesca perchè le piante hanno evoluto quel sistema.. probabilmente perchè hanno visto che con poca fatica (costruire un secondo sistema fotosintetico deve essergli costato qualcosa) riuscivano ad ottenere un beneficio maggiore dello speso..

    la natura e in particolare le leggi che la regolano fanno sempre quello che conviene per ottenere un risultato.. massima resa con minimo sforzo..

    non credo che la natura stesse studiando meccanica quantistica :-D ma per tentativi in miliardi di anni sono arrivati a questa conclusione.. la natura ha avuto il grande vantaggio di poter fare prove su prove e solo le migliori le abbiamo qui sotto il naso.. la natura viaggia per tentativi.. diciamo scienza applicata e non teoria.. se poi non funziona muore.. se funziona sopravvive.. solo che ha più tempo e pazienza di noi..

    noi studiando la natura dovremmo poter anticipare di qualche miliardo di anni le conclusioni naturali..

    @n0v0.. se la vogliamo prendere così anche le centrali nucleari non ci sarebbero senza Einstein :-D e tutto sommato sono molto più appariscenti dei cmos :-D
    è vero che la ricerca bene o male produce frutti.. ma io sono curioso :-D e volevo capire quale sia il frutto dietro questo esperimento :-D

  • # 24
    n0v0
     scrive: 

    quale sia il frutto?

    ma è chiaro, la mela! XD

  • # 25
    goldorak
     scrive: 

    @turboman : corpuscoli e onde. A livello classico cio’ che differenzia un fenomeno corpuscolare da uno ondulatorio e’ che il secondo piu’ produrre figure di interferenza, il primo no.
    Due onde che interagiscono creano delle interferenze, due particelle (a livello classico) che interagiscono non creano alcuna interferenza. Questo e’ una dicotomia fondamentale della fisica classica. Non ci sono oggetti che esibiscono sia un comportamente corpuscolare che ondulatore.

    A livello quantistico non e’ piu’ cosi. Come e’ stato detto piu’ su’, particelle come l’elettrone o il fotone possono secondo i casi esibire sia un comportamente ondulatorio (cfr. esprimenti di Young) che corpuscolare. Questa caratteristica si chiama dualismo onda corpuscolo.

    Questo puo’ apparire come una contraddizione, ma lo e’ solo all’apparenza perche’ nella fisica classica questi due aspetti sono mutuamente esclusivi. Non cosi’ nella meccanica quantistica. Dove quindi si puo’ parlare di oggetti che sono “contemporaneamente” onda e particella. Non a caso e’ possibile associare alle “particelle” una lunghezza d’onda, che altro non e’ che una caratteristica tipica delle onde.

  • # 26
    turboman
     scrive: 

    @ goldorak

    Ma allora come mai nel mondo macroscopico non si notano questi effetti? Nella maggior parte dei casi quello che succede a livello microscopico si riflette a livello visibile, ma come mai se queste particelle di cui tutte le cose sono fatte hanno un comportamento ondulatorio in senso probabilistico non lo mostrano effettivamente anche negli oggetti che vediamo?

  • # 27
    Luciano
     scrive: 

    Sinceramente trovo l’incipit di quest’articolo decisamente superficiale, infatti la dualità onda-particella della luce è un falso divulgativo contro il quale lo stesso Feynman si scaglia più volte, perchè induce chi di fisica non ci capisce a pensare che la luce sia due cose contemporaneamente.

    Beh questo è falso, la luce ha solo una natura, quella particellare, che poi si possa trattare matematicamente come un’onda per semplificare i conti è tutto un altro discorso, ma non ha nulla a che vedere con la fisica, ovvero con la realtà, ma è una questione puramente matematica.

  • # 28
    turboman
     scrive: 

    @ Luciano

    Io sapevo che la luce, ovvero i fotoni non hanno massa in quanto mouvendosi alla velocità della luce la massa diviene energia, cmq a parte questo quello che dici non è vero in quanto i fotoni sono intrinsecamente collegati al campo elettromagnetico che ha un comportamento ondulatorio. Se questo è vero per i fotoni per gli elettroni e tutte le altre sub particelle nucleari non capisco come si possa associargli un’onda, è sempre un onda di probabilità o no?

  • # 29
    Eleonora Presani (Autore del post)
     scrive: 

    La dualità onda particella non è un concetto divulgativo, ma reale. Infatti le particelle si comportano sia da onde che da oggetti corpuscolari. Il trattamento matematico come onda diventa necessario nel momento in cui si vuolde descrivere questo comportamento…

  • # 30
    goldorak
     scrive: 

    @turboman : una risposta esauriente dovrebbe far riferimento alla decorenza quantistica. E come se nel passaggio dal sistema microscopico a quello classico subentrassero degli effetti “dissipativi” tra il sistema e l’ambiente che tendono ad annullare in un tempo caratteristico molto molto veloce le interferenze quantistiche.
    Ecco perche’ a livello classico noi non siamo in grado di osservare dal vivo il dualismo onda particella.
    Oppure detto in altri termini perche’ noi non potremo mai vedere il gatto di schroedinger mezzo vivo e mezzo morto. ^_^

  • # 31
    turboman
     scrive: 

    Poi un altra cosa che vorrei chiarire se c’è qualcuno che me lo saprebbe spiegare è se l’elettrone descrive effettivamente una traiettoria intorno al nucleo anche se il suo comportamento viene caratterizzato nel concetto di orbitale per cui la particella sarebbe “delocalizzata” ovunque intorno all’atomo. Io ho sentito una volta su un documentario che è come se l’elettrone scomparisse e si rimaterializasse in punti diversi intorno al nucleo seguendo la distrib prob della funzione d’onda a esso associata. é eff così oppure non c’ho capito proprio niente?

  • # 32
    n0v0
     scrive: 

    x turboman

    questa è LA domanda…

    non si sa. Non c’ è una spiegazione precisa del perché gli oggetti macroscopici abbiano un comportamento “classico” e non quantistico, così come ci si aspetterebbe, visto che sono fatti di atomi.

    Forse è una questione di scala: man mano che gli atomi sono appaiati in numero maggiore questi effetti tenderebbero a cancellarsi e invece di molte vie se ne sceglierebbe una sola (quella classica) per percorrere una strada.

    Credo stiamo facendo esperimenti in tal senso con i bukminsterfullereni.

    x Luciano

    potrei dire la stessa cosa al contrario: la luce è solo un’ onda e possiamo trattarla come particella quando ci conviene..
    Sono due descrizioni dello stesso fenomeno, valide entrambe perché confermate dagli esperimenti.

    Attenzione poi a dire: “la luce ha una sola natura”, è troppo forte come affermazione. Come detto prima, sono solo teorie. Non c’ è niente di VERAMENTE VERO, c’ è solo una logica matematica interna e, fondamentale, un’ aderenza alla prova sperimentale.
    Non puoi pretendere (non dalla fisica, nè dalla scienza in generale) di trovare verità assolute. Solo teorie più complete.

  • # 33
    n0v0
     scrive: 

    x turboman

    per spiegare il moto degli elettroni attorno al nucleo si è dovuti ricorrere all’ Elettrodinamica Quantistica (QED), in quanto alle velocità a cui si muoverebbero tali particelle gli effetti relativistici (Relatività ristretta) non sarebbero più trascurabili e l’ equezione di base della meccanica quantistica (quella di Schrodinger) non sarebbe più valida.

    Però mi fermo qui. ;-)

    Non so dare una spiegazione più esauriente alla tua domanda, dato che non conosco oltre la materia

  • # 34
    goldorak
     scrive: 

    @n0v0: ci sono sistemi macroscopici che sono quantistici.
    La superfluidita’ dell’elio 4 e’ un fenomeno puramente quantistico (condensazione di Bose Einstein). Tuttavia lo si osserva eccome a livello macroscopico.

    Non e’ tanto la grandezza o piccolezza del sistema che ne determina la natura quantistica quanto la sua “azione” caratteristica. Se questo valore e’ dell’ordine della costante di planck allora il sistema richiede una trattazione quantistica (non importa se e’ microscopico o macroscopico) mentre se la sua azione e’ molto maggiore della costante di planck basta una trattazione classica.

  • # 35
    n0v0
     scrive: 

    questa non la sapevo… grazie dell’ info!

  • # 36
    n0v0
     scrive: 

    però a questo punto ti chiedo: cos’ è quest’ “azione”?

  • # 37
    goldorak
     scrive: 

    @n0v0 : La “azione” di un sistema fisico e’ una grandezza fisica che ha le dimensioni di una energia moltiplicata per un tempo.

  • # 38
    n0v0
     scrive: 

    ok, quindi se tale valore è intorno alla scala di Plank ci vogliono i quanti, altrimenti no.

    interessante..

  • # 39
    Ciano
     scrive: 

    Sbaglio se immagino un fotone che non si muove in linea retta ma seguendo un percorso ondulatorio (sinusoidale)?

    Per spiegarmi il comportamento “come onda” osservato negli esperimenti mi sono fatto questa idea.

    Secondo quello che ho capito il fotone non attraversa entrambe le fessure contemporaneamente ma ne attraversa solo una, con una certa probabilità che dipende dalla fase dell’onda (o traiettoria) in quel momento. Noi al momento non siamo in grado di sapere (senza interferire) la fase di quel’fotone e perciò ci affidiamo alla statistica.

    Sempre seguendo l’idea della traiettoria sinusoidale, con le differenze di fase tra più fotoni si spiegano anche le interferenze, che si manifestano con differenze sulla concentrazione di fotoni in certe aree dello spazio.

    Quanto ci sono andato vicino ? :)

  • # 40
    turboman
     scrive: 

    @ Ciano

    non c’entra assolutamnete niente il concetto di onda con quello che hai inteso tu. Anch’io inizialmente pensavo a una cosa del genere anche perché nei libri non ti spiegano un bel niente di ciò che eff avviene in questi sistemi fisici. Se non sbaglio il concetto di onda relativo al fotone è da intendersi come onda elettromagnetica, il fotone è un quanto del campo elettromagnetico nel senso che è un singolo “pacchetto” di energia che si propaga nello spazio. Ora il fatto che il fotone venga descritto come particella è per certi versi fuorviante in quanto esso non possiede massa(in quanto siamo abituati ad associare al concetto di particella quello di massa). Quindi a tutti gli eggetti il fotone è un onda em alla quale si può associare anche una natura corpuscolare in quanto in alcuni esp manifesta questo comportamento. Non è il fotone che compie un movimento sinusoidale come tu pensi, quanto è il campo elettromagnetico che oscilla nello spazio come un’onda. Non sos e hai capito

  • # 41
    Ciano
     scrive: 

    Mi sono scordato la quantizzazione nella meccanica quantistica. :)
    Lo stesso comportamento di “quanto di energia” dovrebbe averlo l’elettrone ?

  • # 42
    turboman
     scrive: 

    No, è diverso, l’elettrone ha massa a riposo non nulla e il suo comportamento viene descritto secondo la funzione d’onda a esso associata che ne descrive appunto la natura ondulatoria, occhio a non fare confusione fra onda elettromagnetica e funzione d’onda associata alle particelle, sono due cose diverse :)

  • # 43
    Luciano
     scrive: 

    Il discorso è molto complesso, e purtroppo la discussione ha preso pieghe abbastanza diversificate per riuscire ad approfondire ogni sub-argomento, una cosa però non posso non farla notare: è vero che la QED è solo una teoria, ma è una fra le tante teorie più in accordo con i dati sperimentali, si parla di ordini di grandezza di precisione in più rispetto alla QCD per esempio. E sempre per citare il paragone con la QCD non offre modelli generali o che debbono essere trattati esclusivamente in modo perturbativo, ma riesce anzi a risolvere molti problemi che nell’elettrodinamica-ottica classica erano irrisolti. Dire quindi che la luce si può trattare sempre come onda e come particella solo quando conviene è dare una descrizione imprecisa di come stanno le cose, perchè da un lato si ha un metodo (considerare la luce composta da particelle) che riesce a spiegare qualsiasi fenomeno, semplicemente i fenomeni macroscopici coinvolgono così tanti fotoni da rendere accettabile l’approssimazione ad onda e rendere masochistico il volersi calcolare l’andamento dei fotoni uno per uno.
    Dall’alra parte si ha un metodo che descrive con ottima approssimazione i fenomeni macroscopici più diffusi, anche relativistici volendo, ma che fallisce miseramente quando si va a indagare alle alte energie o su dimensioni pari a centinaia di nanometri.

  • # 44
    turboman
     scrive: 

    http://www.youtube.com/watch?v=uq1h6jg61yI&feature=channel

    guardate dal minuto 3.00 dovrebbe spiegare cosa succede alle particelle quali l’elettrone che orbitano intorno al nucleo

  • # 45
    turboman
     scrive: 

    @ Luciano

    mi piacerebbe molto approfondire l’argomento ma credo che sai talmente complesso! Ma sei docente tu di fisica?

  • # 46
    n0v0
     scrive: 

    x Luciano

    si, va benissimo quel che hai detto, ma il fulcro del mio discorso è che il fatto di rispondere a più quesiti e con maggior precisione non la rende più VERA, ma più COMPLETA.

    spero sarai d’ accordo

  • # 47
    giuseppe de facendis
     scrive: 

    Io credo che l’onda sia un pò la sintesi dei valori che possa assumere una particella sia ne tempo che nella frequenza data dall’onda stessa valori che poi collassano quando devono dare o sotto osservazione o sotto effetto di interazione con l’ambiente un solo valore.Non mi sembra così difficile comprendere il dualismo onda o particella.
    Intendo dire che una particella sotto forma di onda si comporta come un insieme di particelle virtuali ma anche reali ma che al momento di estrarre il valore reale al momento ritorna ad essere una sola particella.
    Spero di non aver detto delle sciocchezze.
    Saluti

  • # 48
    ColaFish2
     scrive: 

    Notturnia scrive:
    “se è solo una ricerca fine a se stessa ok.. la prendo per buona.. ho amici che lavorano a “distruggere il mondo” come lo dico io quando siamo a cena (li sotto la montagna a fare buchi neri..) e anche li mi dicono che è quasi più per provare una teoria che per ricavarne qualcosa di utile..”

    La scienza è Teoria, e provare una teoria significa poter aggiungere uno scalino( più o meno solido) su cui poggiare la mente per immaginare lo scalino successivo. La tecnologia tutta, altro non è se non l’applicazione pratica di teorie astratte,ma se nessuno si prendesse la briga di verificarne la fondatezza su che base procederemmo? Molte scoperte rivoluzionarie si basano su sviluppi inimmaginati di teorie vecchie come il cucù! ;)

  • # 49
    Riccardo
     scrive: 

    Notturnia scrive:
    “se è solo una ricerca fine a se stessa ok.. la prendo per buona.. ”

    Il problema delle celle fotovoltaiche e’ questo: la stragrande maggioranza delle celle commerciali riesce ad assorbire bene solo una determinata lunghezza d’onda che tramite accorgimenti viene fatta coincidere con il picco d’emissione del sole che e’ tra il giallo verde (circa 550-600 nm o circa 1.8-2.2 eV). La maggior parte delle lunghezze d’onda inferiori (arancio rosso) non riesce a creare una coppia lacuna-elettrone utile alla produzione di energia e i fotoni di energia superiore (verde blu viola e ultravoletto) o creano coppie o non vengono ben assorbiti (c’e’ qualche problema di assorbimento che non ricordo bene).

    Questo e’ uno dei principali motivi per cui l’efficienza delle celle e’ molto bassa rispetto alla potenza incidente (per le celle commerciali si parla del 10-15% fino al 18-20% per le piu’ costose)

    Sono molti anni che si studiano delle celle che riescano (unendo molti materiali) ad assorbire molte lunghezze d’onda e a volte questo lavoro di separazione non e’ semplice.
    Queste celle possono arrivare a efficienze del 40-60% ma sono MOLTO MOLTO piu’ costose delle altre (tra i materiali da usare c’e’ anche il germanio che e’ un semiconduttore ma anche un elemento scarsissimo sulla terra)

    Queste molecole potrebbero essere un’applicazione interessante per aumentare l’efficienza delle celle.

    L’unico problema che mi pongo e': queste proteine catalizzano la trasformazione di molecole in altre molecole (sostanzialmente catalizzano la fotosintesi) ma saranno utili per convertire veramente un fotone in un fotoelettrone ovvero una coppia elettrone lacuna utile per produrre corrente elettrica?

  • # 50
    gelsomino di fiore
     scrive: 

    guagliuuuuuuuuu oooooooo stat tt appicciat ma facitavell na pell…cia cia

  • # 51
    paolo manzelli
     scrive: 

    Le piante molto probabilmente utilizzano pienamente dell’ entanglement dei fotoni facendo fare alla luce più percorsi “SIMULTANEAMENTE” sulla base della sovrapposizione di stati quantistici. vedi : http://dabpensiero.wordpress.com/2010/10/27/entanglement-age-di-paolo-manzelli/
    Un caro saluto : paolo LRE@UNIFI.IT, http://www.edscuola.it/lre.html

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