Visualizza Versione Completa : Principio di indeterminazione di Heisenber, e dualismo onda particella
antonio DAMICO
04-07-2013, 11:07
MI riferisco in particolare all'ormai famoso esperimento delle due fessure, dove un fotone si comporta con modo ondulatorio se non osservato e come particella nel momento in cui viene osservato.
La mia curiosità è; Come viene osservato il fotone ??? Con un metodo passivo che non interferisce o con un mezzo invasivo che invece và ad interferire direttamente con l'onda/particella ???
Grazie.
Red Hanuman
04-07-2013, 14:07
MI riferisco in particolare all'ormai famoso esperimento delle due fessure, dove un fotone si comporta con modo ondulatorio se non osservato e come particella nel momento in cui viene osservato.
La mia curiosità è; Come viene osservato il fotone ??? Con un metodo passivo che non interferisce o con un mezzo invasivo che invece và ad interferire direttamente con l'onda/particella ???
Grazie.
Non ci siamo. Il fotone si comporta come particella in alcuni casi, e come onda in altri, INDIPENDENTEMENTE dall'osservatore o dall'essere osservato.
Il principio di Heisenberg ci dice che non è possibile misurare contemporaneamente la posizione e quantità di moto di una particella, perché essa è contemporaneamente onda e corpuscolo.
Delle frange di diffrazione e dell'esperimento delle due fessure ne ha parlato ampiamente Enzo QUI (http://www.astronomia.com/2013/04/23/un-ostacolo-insormontabile-e-un-pescatore-rivalutato/), QUI (http://www.astronomia.com/2013/04/24/applichiamo-la-diffrazione-al-telescopio/) e QUI (http://www.astronomia.com/2013/05/02/raccogliere-la-luce-non-e-cosa-facile/).
Non ci siamo. Il fotone si comporta come particella in alcuni casi, e come onda in altri, INDIPENDENTEMENTE dall'osservatore o dall'essere osservato.
Il principio di Heisenberg ci dice che non è possibile misurare contemporaneamente la posizione e quantità di moto di una particella, perché essa è contemporaneamente onda e corpuscolo.
Delle frange di diffrazione e dell'esperimento delle due fessure ne ha parlato ampiamente Enzo QUI (http://www.astronomia.com/2013/04/23/un-ostacolo-insormontabile-e-un-pescatore-rivalutato/), QUI (http://www.astronomia.com/2013/04/24/applichiamo-la-diffrazione-al-telescopio/) e QUI (http://www.astronomia.com/2013/05/02/raccogliere-la-luce-non-e-cosa-facile/).
Scusa Red, solo per togliermi un dubbio. Mi ricordavo che il principio di indeterminazione di H non consente la misura contemporanea perchè quando intervengo per prendere una misura "influisco" anche sull'altra, per cui il risultato della seconda è più incerto. Se questo fosse vero, come è in relazione nel rapporto onda-particella?
Grazie anticipate.
Red Hanuman
04-07-2013, 19:04
Scusa Red, solo per togliermi un dubbio. Mi ricordavo che il principio di indeterminazione di H non consente la misura contemporanea perchè quando intervengo per prendere una misura "influisco" anche sull'altra, per cui il risultato della seconda è più incerto.
Questa è la spiegazione più diffusa, ma non è esatta. Non puoi misurare contemporaneamente le due proprietà perché la loro misura contemporanea è incompatibile con l'essenza stessa delle due entità misurate.
Per esempio, immagina di avere una pallina di plastica che galleggia sulle onde del mare.
Ora, prova a misurare CONTEMPORANEAMENTE la posizione della pallina e di valutare con essa la frequenza delle onde.
Puoi sapere esattamente dove si trova la pallina SOLO se lo fai in un tempo brevissimo, ma così facendo puoi sapere la frequenza delle onde con una approssimazione molto grande. Più rapido è l'intervallo di misura e maggiore è la precisione nel valutare la posizione, ma sempre minore è la precisione che puoi avere sulla frequenza (addirittura, al limite non potresti calcolarla).
Ovviamente, se aumentiamo il tempo di misura, sarà sempre meno certa la posizione della pallina, ma più precisa la lettura della frequenza delle onde. ;)
Se questo fosse vero, come è in relazione nel rapporto onda-particella?
Grazie anticipate.
Per quanto ti ho detto sopra, devi considerare l'equazione di De Broglie, che mette in relazione lunghezza d'onda (e, quindi, la complementare frequenza) con la massa e la velocità della particella: 3630
Ad ogni particella, dunque, corrisponde un'onda con una determinata frequenza e lunghezza d'onda.
Come puoi vedere, maggiore è la massa o la velocità della particella, e minore è la lunghezza d'onda (l'opposto, ovviamente, accade per la frequenza).
Nel caso in cui la massa e/o la velocità sono molto grandi, la corrispondente lunghezza d'onda diventa talmente piccola da far scomparire di fatto la dualità, e da rendere a tutti gli effetti la particella "materiale".....:whistling:
alexander
04-07-2013, 21:50
Questa è la spiegazione più diffusa, ma non è esatta. Non puoi misurare contemporaneamente le due proprietà perché la loro misura contemporanea è incompatibile con l'essenza stessa delle due entità misurate.
Per esempio, immagina di avere una pallina di plastica che galleggia sulle onde del mare.
Ora, prova a misurare CONTEMPORANEAMENTE la posizione della pallina e di valutare con essa la frequenza delle onde.
Puoi sapere esattamente dove si trova la pallina SOLO se lo fai in un tempo brevissimo, ma così facendo puoi sapere la frequenza delle onde con una approssimazione molto grande. Più rapido è l'intervallo di misura e maggiore è la precisione nel valutare la posizione, ma sempre minore è la precisione che puoi avere sulla frequenza (addirittura, al limite non potresti calcolarla).
Ovviamente, se aumentiamo il tempo di misura, sarà sempre meno certa la posizione della pallina, ma più precisa la lettura della frequenza delle onde. ;)
Per quanto ti ho detto sopra, devi considerare l'equazione di De Broglie, che mette in relazione lunghezza d'onda (e, quindi, la complementare frequenza) con la massa e la velocità della particella: 3630
Ad ogni particella, dunque, corrisponde un'onda con una determinata frequenza e lunghezza d'onda.
Come puoi vedere, maggiore è la massa o la velocità della particella, e minore è la lunghezza d'onda (l'opposto, ovviamente, accade per la frequenza).
Nel caso in cui la massa e/o la velocità sono molto grandi, la corrispondente lunghezza d'onda diventa talmente piccola da far scomparire di fatto la dualità, e da rendere a tutti gli effetti la particella "materiale".....:whistling:
Concordo 100%! :)
tra l'altro è spiegato anche molto bene in un divertente video su youtube: http://www.youtube.com/watch?v=LXf35olSYcw
L'unica cosa è che anche li confermano il fatto che con l'osservazione la funzione d'onda collassa e il fotone (e/o elettrone) torna a comportarsi come una particella facendo venir meno l'interferenza...
Se dico male me lo spieghi meglio per favore?
Red Hanuman
06-07-2013, 14:36
Concordo 100%! :)tra l'altro è spiegato anche molto bene in un divertente video su youtube: http://www.youtube.com/watch?v=LXf35olSYcwL'unica cosa è che anche li confermano il fatto che con l'osservazione la funzione d'onda collassa e il fotone (e/o elettrone) torna a comportarsi come una particella facendo venir meno l'interferenza...Se dico male me lo spieghi meglio per favore?
Caro Alex, mi sono preso un po' di tempo, perché quel video che hai postato non mi tornava.
In effetti, mi sa che chi lo ha fatto non ha capito bene come funziona l'esperimento delle due fessure con l'elettrone.
L'esperimento può essere fatto sparando un singolo elettrone alla volta verso le due fessure. Dall'altra parte, sul rilevatore si rileveranno volta per volta i singoli elettroni, come se fossero particelle. Ma, una volta che un numero sufficiente di elettroni avrà raggiunto il rilevatore, si otterrà una figura di diffrazione, come per le onde. E QUESTO dimostra in pieno la dualità onda - particella dell'elettrone. Non c'è nessun rilevatore davanti alle fessure, anche perché, se ci fosse, altererebbe in modo irrimediabile l'esperimento. E in nessun caso si formeranno solo due righe parallele solo perché c'è un'osservatore davanti le fessure.
Farebbero meglio a toglierlo, quel video....:vomit:
Ma, una volta che un numero sufficiente di elettroni avrà raggiunto il rilevatore, si otterrà una figura di diffrazione, come per le onde.
Farebbero meglio a toglierlo, quel video....:vomit:
Quoto..video diseducativo.
Ma come si stabilisce quale sia il "numero sufficiente" di elettroni? E non dovrebbe essere rilevabile sempre la figura di diffrazione?
Red Hanuman
06-07-2013, 15:38
Quoto..video diseducativo.
Ma come si stabilisce quale sia il "numero sufficiente" di elettroni? E non dovrebbe essere rilevabile sempre la figura di diffrazione?
Beh, il fatto è che per rilevare l'elettrone lo devi trovare intero. Non c'è mezzo di trovare un quarto o un decimo di elettrone solamente, il che vale anche per il fotone.... Come corpuscoli, la loro energia caratteristica è quantizzata, e quindi o il pacchetto energetico c'è per intero o non c'è.
La rilevazione dell'elettrone determina il "collasso" della sua funzione d'onda,il che si traduce in un "punto" sullo schermo rilevatore.
Quanti ce ne vogliono? Quanti ne servono a te per distinguere le frange di diffrazione. Le frange esistono lo stesso anche per un numero piccolissimo di particelle, ma perché tu te ne possa accorgere, ce ne vuole un discreto numero.
Guarda QUI (http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_della_doppia_fenditura). In fondo, c'è un gruppo di foto che mostrano l'esperimento in divenire. Io le frange le scorgo già con 6 mila elettroni sparati, ma è indubbio che con 140 mila si vedano meglio. Tutto dipende da come valuti il dato... ;)
Beh, il fatto è che per rilevare l'elettrone lo devi trovare intero. Non c'è mezzo di trovare un quarto o un decimo di elettrone solamente, il che vale anche per il fotone.... Come corpuscoli, la loro energia caratteristica è quantizzata, e quindi o il pacchetto energetico c'è per intero o non c'è.
La rilevazione dell'elettrone determina il "collasso" della sua funzione d'onda,il che si traduce in un "punto" sullo schermo rilevatore.
Quanti ce ne vogliono? Quanti ne servono a te per distinguere le frange di diffrazione. Le frange esistono lo stesso anche per un numero piccolissimo di particelle, ma perché tu te ne possa accorgere, ce ne vuole un discreto numero.
Guarda QUI (http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_della_doppia_fenditura). In fondo, c'è un gruppo di foto che mostrano l'esperimento in divenire. Io le frange le scorgo già con 6 mila elettroni sparati, ma è indubbio che con 140 mila si vedano meglio. Tutto dipende da come valuti il dato... ;)
Se ho capito bene quindi la natura ondulatoria di un elettrone consiste nella sua funzione di probabilità (di natura ondulatoria) di assumere una certa posizione (corpuscolo) in un certo momento (il che spiega perchè valga il principio di indeterminazione). Quindi è fuorviante pensare che l'energia dell'elettrone sia "spalmata" come un'onda, essendo essa quantizzata con la costante di plank...
ho capito male o no?
Andrea I.
06-07-2013, 21:27
Se ho capito bene quindi la natura ondulatoria di un elettrone consiste nella sua funzione di probabilità (di natura ondulatoria) di assumere una certa posizione (corpuscolo) in un certo momento (il che spiega perchè valga il principio di indeterminazione). Quindi è fuorviante pensare che l'energia dell'elettrone sia "spalmata" come un'onda, essendo essa quantizzata con la costante di plank...
ho capito male o no?
Esatto! In pratica sta tutto nella "probabilità" di trovare un elettrone in una determinata posizione (se non ho capito male nel "picco" della funzione d'onda la probabilità é massima etc etc....).
Ed essendo un quanto non si spalma, o c'é o non c'é. O almeno io l'ho capita così ! :biggrin:
alexander
07-07-2013, 00:54
Esatto! In pratica sta tutto nella "probabilità" di trovare un elettrone in una determinata posizione (se non ho capito male nel "picco" della funzione d'onda la probabilità é massima etc etc....).
Ed essendo un quanto non si spalma, o c'é o non c'é. O almeno io l'ho capita così ! :biggrin:
Si infatti, comuque secondo me tutti a nostro modo cerchiamo di dire le stesse cose che sono, da parte di red:
"L'esperimento può essere fatto sparando un singolo elettrone alla volta verso le due fessure. Dall'altra parte, sul rilevatore si rileveranno volta per volta i singoli elettroni, come se fossero particelle. Ma, una volta che un numero sufficiente di elettroni avrà raggiunto il rilevatore, si otterrà una figura di diffrazione, come per le onde. E QUESTO dimostra in pieno la dualità onda - particella dell'elettrone."
...e dal link a wiki che ci ha dato lo stesso red:
"Un altro aspetto essenziale dell'esperimento delle due fenditure è la mancanza di conoscenza di quale fenditura la particella abbia effettivamente attraversato: l'osservazione della figura di interferenza è garantita infatti nel solo caso in cui non si aggiungano all'esperimento apparati di misura atti a determinarlo. Se si interviene in tal modo si ottiene un esperimento "which-way" e il risultato finale è la scomparsa della figura di interferenza, ossia del comportamento ondulatorio, a favore di quello corpuscolare. "
Secondo il mio veramente modestissimo parere è quest'ultimo che ci mostra la contro-intuitività di tutta la meccanica quantistica che potrebbe andare oltre il concetto di semplice probabilità e funzione...
Magari in fondo al pozzo c'è qualcosa di più profondo della sola dualità onda particella...
Almeno era cosi che io avevo interpretato l'esperimento...
Ehi, se dico sciocchezze ditemelo senza farmi problemi, tanto lo so che in meccanica quantistica purtroppo son "de coccio"! :oops:
Ho letto addirittura che si è manifestata la diffrazione non solo con particelle sub-atomiche, ma con vere e proprie molecole composte anche da un centinaio di atomi :shock:
Com'è possiibile? Non c'è una separazione netta tra fisica quantistica e meccanica classica?
Cioè è come se la meccanica classica fosse, semplificato ai minimi termini, una manifestazione di un comportamento emergente della meccanica quantistica. Davvero incredibile...
Esatto! In pratica sta tutto nella "probabilità" di trovare un elettrone in una determinata posizione (se non ho capito male nel "picco" della funzione d'onda la probabilità é massima etc etc....).
Ed essendo un quanto non si spalma, o c'é o non c'é. O almeno io l'ho capita così ! :biggrin:
Una volta te l'ho data io qualche spiegazione, ora sei tu l'esperto, certo che ne hai fatta di strada :biggrin:
Andrea I.
07-07-2013, 01:07
"Un altro aspetto essenziale dell'esperimento delle due fenditure è la mancanza di conoscenza di quale fenditura la particella abbia effettivamente attraversato: l'osservazione della figura di interferenza è garantita infatti nel solo caso in cui non si aggiungano all'esperimento apparati di misura atti a determinarlo. Se si interviene in tal modo si ottiene un esperimento "which-way" e il risultato finale è la scomparsa della figura di interferenza, ossia del comportamento ondulatorio, a favore di quello corpuscolare. "
Secondo il mio veramente modestissimo parere è quest'ultimo che ci mostra la contro-intuitività di tutta la meccanica quantistica che potrebbe andare oltre il concetto di semplice probabilità e funzione...
Magari in fondo al pozzo c'è qualcosa di più profondo della sola dualità onda particella...
Almeno era cosi che io avevo interpretato l'esperimento...
Ehi, se dico sciocchezze ditemelo senza farmi problemi, tanto lo so che in meccanica quantistica purtroppo son "de coccio"! :oops:
Vuole semplicemente dire che dal momento in cui interveniamo "direttamente" per osservare una particella andiamo a "disturbarla" (dobbiamo ad esempio "colpirla" con qualcosa per rilevarla) e quindi il giochetto non funziona più. (o almeno credo sia così.....aspettiamo conferma dal capo :biggrin:).
Danilo non sfottere che ne avete ancora un bel po' da insegnarmi;).....semplicemente per queste cose sono "fresco di lettura", quindi dovrei, in teoria, sparare relativamente meno boiate al riguardo :biggrin: (e comunque se ho fatto progressi di chi credi sia il merito?)
Vuole semplicemente dire che dal momento in cui interveniamo "direttamente" per osservare una particella andiamo a "disturbarla" (dobbiamo ad esempio "colpirla" con qualcosa per rilevarla) e quindi il giochetto non funziona più. (o almeno credo sia così.....aspettiamo conferma dal capo ).
Sì, o come ha detto Red, collasso della funzione d'onda. In quel momento si manifesta quindi la natura corpuscolare e abbiamo qualcosa non più di statistico, ma deterministico. Mi viene in mente il gatto di Shredinger:biggrin:
Danilo non sfottere che ne avete ancora un bel po' da insegnarmi.....semplicemente per queste cose sono "fresco di lettura", quindi dovrei, in teoria, sparare relativamente meno boiate al riguardo (e comunque se ho fatto progressi di chi credi sia il merito?)
Ma che sfottere! Il mio era un complimento!
Beh, ma il merito dei progressi è sempre anche dell'allievo, non soltando dell'insegnante ;)
E poi togli l'avete :biggrin: Io non sono neanche paragonabile con l'unghia dell'alluce di Red o Enzo :biggrin:
Red Hanuman
07-07-2013, 10:58
Bene! Mi sembra che la discussione proceda con le sue gambe correttamente, bravi!
Caro Danilo, di fatto non c'è una separazione netta tra il mondo quantistico e quello che percepiamo tutti i giorni. Quindi, in particolari condizioni puoi osservare comportamenti ondulatori anche su molecole grandi come il C60.
In linea puramente teorica potresti ripetere l'esperimento con gli stessi risultati anche usando la Terra o il Sole come proiettili. Ma lì voglio proprio vedere la fenditura..... :biggrin:
Per il resto, la presenza di un rilevatore prima delle fessure altera irrimediabilmente l'esperimento, che diventa deterministico e non quantistico. Però non è il puro osservare che lo trasforma, ma il fatto di alterare le condizioni dell'esperimento. Se fosse solo il puro osservare, anche l'occhio del sperimentatore sarebbe sufficiente......:confused:
E' invece per il principio di complementarità (http://it.wikipedia.org/wiki/Principio_di_complementarit%C3%A0) che non puoi osservare contemporaneamente effetti ondulatori e corpuscolari nell'esperimento.
Eppure... Se si trova il modo di effettuare una misura prima del passaggio tra le fessure senza alterare le condizioni dell'esperimento, si ottengono comunque le frange di diffrazione.... Come nell'esperimento di Afshar (http://it.wikipedia.org/wiki/Esperimento_di_Afshar)....
E di esperimenti che misurano per via indiretta lo stato quantistico di una particella, ne stanno spuntando come funghi.... ;)
Andrea I.
08-07-2013, 19:08
. Però non è il puro osservare che lo trasforma, ma il fatto di alterare le condizioni dell'esperimento. Se fosse solo il puro osservare, anche l'occhio del sperimentatore sarebbe sufficiente......:confused:
L'occhio no! Perché (sempre ammesso che si abbia un occhio capace di vedere un elettrone:biggrin:) l'occhio non spara una particella addosso all'elettrone per rivelarlo.....a meno che uno non abbia gli "occhi laser" tipo superman(a me piacerebbe molto:twisted:).
Intendevo che il tentativo di rivelare una particella solitamente utilizza proprio quell'espediente (cioé urtarla con qualcos'altro) e di conseguenza il risultato é appunto il compromettere l'intero esperimento.
Io l'avevo capita così!
Red Hanuman
08-07-2013, 23:17
L'occhio no! Perché (sempre ammesso che si abbia un occhio capace di vedere un elettrone:biggrin:) l'occhio non spara una particella addosso all'elettrone per rivelarlo.....a meno che uno non abbia gli "occhi laser" tipo superman(a me piacerebbe molto:twisted:).
Certo che l'occhio non basta. Ma, per come viene descritto nel video, in teoria basterebbe solo quello.
Dicono solo "osservazione", ma non con cosa. E, nell'esempio proposto, usano un'occhio "meccanico".
Alla fine, sai quanti si lasciano confondere?...
Intendevo che il tentativo di rivelare una particella solitamente utilizza proprio quell'espediente (cioé urtarla con qualcos'altro) e di conseguenza il risultato é appunto il compromettere l'intero esperimento.
Io l'avevo capita così!
No, non è solo quello. Normalmente, puoi rilevare o solo il comportamento ondulatorio o solo quello particellare, ma mai contemporaneamente. Di fatto, visto che l'energia delle perticelle è quantizzata, per rilevarla o la rilevi tutta o non la rilevi (e, in questo caso, puoi rilevare la parte ondulatoria).
Ultimamente, però, stanno emergendo metodi che consentono di determinare l'uno e l'altro aspetto contemporaneamente, per via indiretta. E questo costituisce una violazione di quello che era un tabù scientifico: il principio di complementarità.... ;)
Andrea I.
08-07-2013, 23:44
Ah! ops scusami Red, non avevo capito che ti riferivi al video.....dopo i vostri commenti manco l'ho guardato....
Chiedo venia :biggrin:
Ah! ops scusami Red, non avevo capito che ti riferivi al video.....dopo i vostri commenti manco l'ho guardato....
Chiedo venia :biggrin:
Io l'ho guardato, è fuorviante: dà quasi l'idea che l'elettrone sia un burlone che prende per i fondelli chi tenta di osservarlo :biggrin:
alexander
09-07-2013, 01:05
Io l'ho guardato, è fuorviante: dà quasi l'idea che l'elettrone sia un burlone che prende per i fondelli chi tenta di osservarlo :biggrin:
Si e' forviante in molte parti pero' non dovete essere troppo duri... Il video e' chiaramente fatto per bambini delle elementari/medie...
Magari ai miei tempi alle elementari si fossero toccati argomenti di questo tipo (anche se in modo un po impreciso)!
Poi se uno e' interessato puo' approfondire dopo...
Io per esempio grazie a questa discussione ho compreso meglio il principio di complementarita'! ;)
Si e' forviante in molte parti pero' non dovete essere troppo duri... Il video e' chiaramente fatto per bambini delle elementari/medie...
No secondo me il rischio della disinformazione è proprio quello di abituare le persone a credere a fenomeni paranormali o bizzarri.
Non per niente c'è chi crede di avere i superpoteri perchè pensa che il proprio cervello funzioni in modo "quantistico" o che possa praticare l'entanglement...
Non ci vuole tanto a spiegare il concetto in modo preciso, anzi risulterebbe più chiaro e, allo stesso tempo, ugualmente semplice ;)
No secondo me il rischio della disinformazione è proprio quello di abituare le persone a credere a fenomeni paranormali o bizzarri.
Non per niente c'è chi crede di avere i superpoteri perchè pensa che il proprio cervello funzioni in modo "quantistico" o che possa praticare l'entanglement...
Non ci vuole tanto a spiegare il concetto in modo preciso, anzi risulterebbe più chiaro e, allo stesso tempo, ugualmente semplice ;)
Concordo
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