La meccanica quantistica spiegata a Oliver. Gita al lago: onde che si sovrappongono

(Leggi la prima e la seconda passeggiata)

Siamo finalmente arrivati al lago, con buona pace delle marmotte che Oliver ha inseguito su e giù per il crinale nell'ultima mezz'ora. Stanco di farsi prendere in giro da bestie decisamente più rapide e organizzate di lui, ha deciso di passare all'altra sua occupazione preferita. Con le zampe a bagno nel lago (la temperatura dell'acqua deve essere prossima allo zero; da anni mi chiedo se abbia o meno delle terminazioni nervose nelle zampe: deve averle perse nella neve tempo fa) attende impaziente (nel senso che abbaia molto insistentemente) che gli lanci dei sassi nell'acqua. Il divertimento è egualmente ripartito tra il tentare di prenderli al volo con i denti, generalmente ferendosi e scheggiandosi i canini, e il ripescarli dal fondo del laghetto con brevi ma intense sessioni di apnea, dopo svariati tentativi falliti di recupero con le zampe. Oliver è un cane con gusti semplici.

Oliver_acquaMentre siamo li, io che lancio e lui che scava sott'acqua, penso che è il momento di tediarlo un po' con la storia delle onde e dell'interferenza. In fondo, in questa follia di spiegargli la meccanica quantistica mi ci ha tirato lui, che fatichi un po'! È un attimo: invece di lanciare un solo sasso lo sorprendo con una mossa di rara complicazione, ne lascio due contemporaneamente. Vi lascio immaginare il balletto di indecisione: posso leggere "quale delle due afferro? Quale delle due afferro?" negli occhi di Oliver che seguono le due parabole, fino agli inevitabili "pluf!" finali: un simile dilemma paralizzerebbe il filosofo più scafato, umano o meno.

"Sei matto?" mi abbaia Oliver "Come pensi possa prendere al volo due sassi contemporaneamente? Non sono mica un cane da circo!". Non volevo mica che li prendessi, volevo solo attirare la tua attenzione alle onde che i due sassi hanno formato sulla superficie dell'acqua: le hai notate? Sai che cosa è un onda, vero? Oliver mi guarda risentito: "Certo che so che cosa è un'onda! Un'onda è una perturbazione di qualcosa - in questo caso del livello superficiale dell'acqua del lago dentro al quale sto aspettando che mi lanci i sassi. Ah! Cosa credi? Sono un cane colto!". E allora saprai di cosa parlo se nomino l'interferenza tra onde... (il vuoto si forma tra gli occhi di Oliver). Guarda la superficie dell'acqua:

waterwaveinterfere1200
(Photo credits: Photobucket)

interferenzaI sassi che ho lanciato hanno generato delle onde circolari. Osserva i punti in cui le creste e le valli delle due onde si incontrano: che cosa noti? Ci sono punti in cui le due onde si incontrano al massimo di entrambe, fondendosi in una cresta ancora più altra; altri in cui la cresta di un'onda incontra la valle dell'altra, e i due livelli si compensano lasciando la superficie dell'acqua all'altezza iniziale; altri ancora in cui le onde si incontrano al minimo, fondendosi in una valle profonda il doppio. Il tutto dà origine a una modulazione della superficie dell'acqua diversa da quella che vedi quando lancio un sasso solo. Questo effetto di combinazione delle onde si chiama interferenza (costruttiva o distruttiva). Te lo mostro con uno schemino forse un dito più chiaro; i cerchi rossi e verdi mostrano le creste delle onde che verrebbero generate dai due sassi lanciati da soli, mentre le zone chiare (e scure) ti fanno vedere come le creste (e le valli) si combinano in una struttura più complessa data dall'interferenza delle due onde:

Interferenz
(Photo credits: Wikipedia)

"Ho capito, ho capito!" continua ad abbaiare Oliver "ma mi sfugge il perché di questa manfrina noiosa - e ovviamente il perché tu perda tempo e non mi lanci altri sassi!". Caro quadrupede supponente, sono certo che ti ricordi la nostra discussione a proposito della luce, e che la luce é un'onda ma a volte si comporta da particella, e anche dell'ipotesi che i componenti della materia - che sono particelle - possano a volte comportarsi come delle onde. L'interferenza è un ottimo sistema per verificare la natura ondulatoria di qualcosa: possiamo farlo con la luce, e possiamo soprattutto tentare di farlo con la materia, per provare a capire cosa significa che una particella si comporta come un'onda. Ma ovviamente non qui in riva al lago! Per la luce ci servirebbero un puntatore laser, una stanza scura e uno schermo con due fenditure molto piccole (e magari proviamo a farlo a casa un giorno di questi); per le particelle ci servirebbe un laboratorio vero e proprio, per sparare degli elettroni contro un paio di fenditure (e mi sa dunque che ti racconterò solo il risultato).

"D'accordo, vada per l'esperimento semplice a casa, e il racconto di quello difficile. E adesso - visto che non sento più le zampe - che ne dici se esco dal lago, tu tiri fuori il salame dallo zaino, e facciamo un esperimento di fenditura e condivisione dell'insaccato?".

Continua (alla prossima passeggiata).

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14 Commenti

  1. Pubblicato il 3 novembre 2009 alle 18:21 | Permalink

    NO! NON VALE! 😀 Questa è una mezza passeggiata! Hai lasciato Oliver e Noi, poveri lettori, in sospeso!
    Ora siamo ancora più ansiosi, desideranti di conoscenza e, sicuramente, almeno uno di noi, affamati di salsiccie! 😛

    Ussignur! Vabbè, a parte gli scherzi, grazie per questo nuova passeggiata, credo che tra poco tempo saremo in grado di fare chilometri e chilometri 😉

  2. Monica
    Pubblicato il 4 novembre 2009 alle 09:49 | Permalink

    Grande!! La terza passeggiata!! Grazie!!

  3. Pubblicato il 4 novembre 2009 alle 18:06 | Permalink

    Un pezzo davvero bello e decisamente divulgativo. Grazie Marco. Mi sono permesso di linkarlo nel mio blog, esattamente qui http://blog.libero.it/paghecontributi/7939893.html.
    Walter

  4. francesco
    Pubblicato il 8 novembre 2009 alle 17:52 | Permalink

    Grazie, anche mi sono dissetato alla fontana del sapere, spero di leggere presto la continuazione....ma non farmi morire di sete a presto ciao

  5. Valter
    Pubblicato il 9 novembre 2009 alle 19:02 | Permalink

    La faccenda delle due fenditure mi è abbastanza (si fa per dire) chiara ma che m’invita a nozze è l’interferenza d’onda che è anche la definizione di ologramma e questo mi appassiona forse ancora di più.
    Ciao, è sempre un piacere leggerti
    Valter

  6. ILARIA
    Pubblicato il 11 novembre 2009 alle 10:00 | Permalink

    Buongiorno!! dunque:
    # puntatore laser ce l'ho
    # stanza scura ce l' ho
    # schermo con fenditure ce l' ho
    allora si parte??!

  7. Pubblicato il 12 febbraio 2010 alle 09:33 | Permalink

    Gran bel blog, complimenti.

    Anche io (pur non essendo un fisico ma un'ingegnere) mi diletto a fare post divulgativi sulla fisica quantistica e con il dualismo onda-particella ho avuto abbastanza successo ( http://logzero.wordpress.com/2009/11/20/esperimento-piu-bello-dualismo-onda-particella/ ), con l'entanglement i riscontri sono stati meno positivi (se hai voglia di darci un'occhiata e segnalare eventuale imprecisioni, sarebbe fantastico)
    🙂

    In ogni caso aspetto un tuo post su "Consigli di lettura per aspiranti fisici"!
    Ciao

  8. Pubblicato il 15 febbraio 2010 alle 22:08 | Permalink

    Ciao Zax, benvenuto.

    Grazie per la segnalazione, leggerolla volentieri. Spero prima o poi di riuscire a finire questa serie di passeggiate con Oliver, negli ultimi tempi ci limitiamo a giocare con i sassi 😛

  9. tonigervasi
    Pubblicato il 20 febbraio 2013 alle 20:41 | Permalink

    La meccanica quantistica può essere applicata alla musica? Il suono è un evento continuo del quale la musica privilegia alcune frequenze, alcuni proporzioni… La musica è un intervento discreto su un fenomeno continuo come la meccanica quantistica?
    t.g.

  10. Pubblicato il 21 febbraio 2013 alle 08:17 | Permalink

    @ToniGervasi: scomodare la MQ per la musica mi sembra eccessivo. La meccanica ondulatoria classica basta e avanza, e l'analisi delle frequenze è uno strumento più che adeguato. Poi puoi ovviamente complicare le cose a piacere, per esempio ho un amico che si occupa di intelligenza artificiale applicata alle basi cognitive della fruizione musicale. Tutto molto complesso e interessante, ma certamente completamente "classico" dal punto di vista della fisica.

  11. tonigervasi
    Pubblicato il 21 febbraio 2013 alle 20:14 | Permalink

    Grazie
    grazie per la cortesia e la chiarezza...
    Il suo amico ha publicato qualcosa?
    Toni Gervasi

  12. Pubblicato il 21 febbraio 2013 alle 20:36 | Permalink
  13. toni gervasi
    Pubblicato il 27 febbraio 2013 alle 20:39 | Permalink

    Continuo a disturbarla...
    (ma non potrei porle queste domande non pubblicandole sul blog? io mi vergogno un po' per la banalità dei miei quesiti) Comunqu prendo il coraggio...
    Non si possono spiegare le interferenze tra due o più onde con la meccanica classica?
    Cosa aggiunge l'analisi quantistica? Io vorrei avere questo vantaggio per l'analisi della musica. toni gervasi

  14. Pubblicato il 27 febbraio 2013 alle 20:45 | Permalink

    Toni, se vuoi scrivermi privatamente puoi farlo partendo da questa pagina:

    http://www.borborigmi.org/contatti/

    Detto questo, non c'è nulla da vergognarsi nel fare delle domande! 🙂

    L'interferenza tra onde è un fenomeno assolutamente classico, che siano onde sonore, onde sulla superficie dell'acqua, onde elettromagnetiche, etc. La meccanica quantistica aggiunge un'onda particolare associata a un ente fisico, che interpretiamo (principalmente) come una distribuzione di probabilità, e che spiega comportamenti altrimenti inspiegabili in ambito puramente classico.

5 Trackback

  • Di Dweb | Blog » Voli radenti il 12 novembre 2009 alle 11:39

    [...] Hurrah, buon lavoro a Marco, a  Fabiola Gianotti e colleghi. Una grattata dietro le orecchie a Oliver che per un’ po rischia di dover saltare le lezioni e noi [...]

  • [...] La meccanica quantistica spiegata a Oliver. Gita al lago: onde che si sovrappongono ( Leggi la prima e la seconda passeggiata ) Siamo finalmente arrivati al lago, con buona pace delle marmotte che Oliver ha inseguito su e giù per il crinale nell’ultima mezz’ora. Stanco di farsi prendere in giro da bestie decisamente più rapide e organizzate di lui, ha deciso di passare all’altra sua occupazione preferita. blog: Borborigmi di un fisico renitente | leggi l'articolo [...]

  • [...] La meccanica quantistica spiegata a Oliver. Gita al lago: onde che si sovrappongono ( Leggi la prima e la seconda passeggiata ) Siamo finalmente arrivati al lago, con buona pace delle marmotte che Oliver ha inseguito su e giù per il crinale nell’ultima mezz’ora. Stanco di farsi prendere in giro da bestie decisamente più rapide e organizzate di lui, ha deciso di passare all’altra sua occupazione preferita. blog: Borborigmi di un fisico renitente | leggi l'articolo [...]

  • [...] a volte comportarsi come delle onde. Tratto da un “borgorigma di un fisico renitente”, La meccanica quantistica spiegata a Oliver, fa parte di una serie di lezioni adattate ad un “pubblico” molto di nicchia. E a me [...]

  • […] La meccanica quantistica spiegata a Oliver. Gita al lago: onde che si sovrappongono. Dove Oliver osserva le onde provocate dai sassi lanciati nel lago, impara che cos'è l'interferenza, e insiste per avere una fetta di salame come premio per la sua perspicacia. […]

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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