Fisica quantistica. Col di Roanza Maggio 2011 M. Cecchi 1

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1 Fisica quantistica Col di Roanza Maggio 2011 M. Cecchi 1

2 Molti anni fa lessi un romanzo rosa, di cui ricordo solo questo dialogo finale: Lui: - Marchesa, cos è mai la vita? Lei: - L ombra di un sogno fuggente. 2

3 Queste considerazioni mi hanno indotto alcune domande: Chi sono io? Perché sono qui? Qual è il mio ruolo? Perché esiste l universo invece del nulla? Che cos è la realtà? Come è stato e come sarà il mondo? Cosa sono lo spazio e il tempo? Cos è la coscienza? Che cosa sono la mente, lo spirito, l anima? Perché c è tanto bisogno di Amore? ecc. 3

4 La fisica tenta di dare una risposta ad alcune di queste domande con l aiuto di altre discipline, seguendo il metodo galileiano. Fisica teorica Fisica sperimentale 4

5 Livello umano: basse velocità, piccole masse Newton ( ) Principi di conservazione Principio minima azione δʃl(q,q',t)dt=0 5

6 Livello del grande: alte velocità, grandi masse Einstein C = costante Principio di equivalenza E=mc 2 R μν ½ g μν R = - 8kπG n *T μν 6

7 Livello del Piccolo: subatomico: basse e alte velocità masse piccolissime Schrödinger Principio di complementarietà Principio di indeterminazione i*h/2π*δψ/δt = -1/2(h/2π) 2*1/m*ΔΨ + U(r,t)*Ψ HΨ(r,t) = ih/2π( Ψ (r,t)/ t) H = - h2/2m( 2r)+ V(r) HΨ(rt)= EΨ(rt) 7

8 8

9 Livello del complesso: sistemi complessi Boltzmann Principio di autorganizzazione, cooperazione, simmetria, evoluzione. ( / t + v1* r + F/m* v1)f1= dω d3v2 σ(ω) v1-v2 (f2 f1 -f2f1) (Equazione di Boltzmann) dn/dt = N(a-bP) dp/dt = P (cn-d) dx/dt = ax(n-x)-bx A n+1 =A n + A n k(r-a n ) (modello di Volterra) X n+1 = ax n (1-X n ) (Equazione logistica) (modello di Verhulst) 9

10 Fisica teorica Fisica quantistica Piccolo Schroedinger Principio di complementarietà Principio di indeterminazione Matematica Umano Newton Principio minima azione Fisica sperimentale Grande Einstein Principio di equivalenza Complesso Boltzmann Caos deterministico 10

11 La scala dello spazio La scala del tempo La scala della mente Hinc sunt leones Hinc sunt leones Hinc sunt leones Lunghezza di Planck: cm Tempo di Planck: sec. Sensazioni Immagini Credenze Uomo: 1,8*10 2 cm Uomo: 2,5*10 9 sec. Emozioni Sentimenti Universo visibile: 1,4*10 29 cm Ciclo dell universo: 3*10 20 sec. Intuizione Hinc sunt leones Hinc sunt leones Hinc sunt leones 11

12 Mi chiedo se sono stato chiaro 12

13 Un po di storia Fine ottocento due grossi problemi: I modello atomico di Rutherford: Newton fallisce II teoria del forno: termodinamica classica fallisce. Soluzione: M. Planck: I parola chiave: quanto di energia h = 6.6x10-34 joule secondo, di rotazione, di moto, di spazio, di tempo III effetto fotoelettrico: Einstein E = h ν 13

14 II parola chiave: funzione d onda Equazione di Schrödinger: funzione d onda ψ Tutte le particelle elementari si comportano come onde e/o come proiettili. IV Esperimento della fenditura doppia. III Parola chiave: interferenza La particella rimane tale perché coopera con tutte le altre: da sola svanirebbe in pochi millesimi di secondo. Principio di Mach: la fisica si basa sulla presenza di tutto l universo. 14

15 IV Parola chiave: sovrapposizione. il gatto di Schrödinger. V parola chiave: somma delle storie (Feymann) 15

16 Altri fenomeni quantistici Tunneling Radioattività: decadimento (alfa: emissioni di ioni alfa, beta, gamma: energia nucleare debole) trasmutazione (uranio = piombo; energia nucleare forte). (pietra filosofale) Entaglement (teletrasporto) 16

17 Modello dell atomo Atomo: elettroni orbitali e nucleo Nucleo: protoni e neutroni (volume: un milionesimo dell atomo) Bosoni: quark e gluoni (volume: un milionesimo del protone): siamo fatti di vuoto. Teoria elettrodebole: QED Teoria forte o del colore: QCD 17

18 Meccanica quantistica relativistica: Dirac et alter i*h/2π*δ/δt (Ψ ξ,t>) = H*Ψ ξ,t> Particelle e antiparticelle Vuoto: particelle virtuali Effetto Casimir X Annichilazione con produzione di fotoni. Teoria quantistica dei campi. Unificazione delle tre forze: elettromagnetica, debole, nucleare. GUT, ma ci sono degli infiniti, perché le particelle sono ancora pensate puntiformi. 18

19 Teoria delle super stringhe Le particelle elementari vibrano come corde di violino A seconda del tipo di vibrazione, ogni stringa rappresenta tutte le particelle conosciute. Superspazio a dieci dimensioni. Multiverso Teoria del tutto: unificazione delle quattro forze. Teoria M. 19

20 Mi richiedo se sono stato chiaro 20

21 I. Che cosa abbiamo imparato? Non è corretto distinguere la materia dall energia: sono stati vibrazionali dello spazio e interferiscono fra di loro. L esistenza è essenzialmente vuota, piena di energia virtuale. La realtà la conosciamo attraverso l esperienza: come realmente funziona la realtà non lo sappiamo: la matematica che conosciamo descrive bene il movimento, ma non che cosa è la realtà. 21

22 II. Che cosa abbiamo imparato? Il risultato dell esperienza dipende da ciò che vogliamo misurare, dagli strumenti e dall osservatore. Lo spazio non è un ente a se stante, ma esiste perché esistono gli oggetti. Il tempo non è un oggetto a sé stante, è movimento e lo misuriamo con movimenti standard 22

23 III. Che cosa abbiamo imparato? Non possiamo misurare con la stessa precisione la velocità e la distanza, né il tempo e l energia: principio di Eisemberg. Tutte le leggi fisiche sono frutto di cooperazione fra gli elementi del sistema. L universo è interconnesso. 23

24 IV. Che cosa abbiamo imparato? Tutto esiste, perché esiste il tutto (principio di Mach). Due concetti vecchi sotto nuovi orizzonti: Autorganizzazione (laser, superconduttori, ) Cooperazione (atomi, molecole, chimica, biologia): Teoria della complessità: problemi economici, politici, sociali. 24

25 Teoria quantistica per il cervello? Tubuli e microtubuli: sovrapposizione, autorganizzazione, mappe, rientro, Inconscio: parallelo, cooperativismo. Coscienza seriale (imbuto). Simbolismo o connessionismo? Con metodi non computazionali o no? Intuizione, arte, misticismo, empatia (neuroni specchio). Reiki? Qi? Prana? Spirito?Siamo esseri elettromagnetici. (Spiritus in latino, pysché e pneuma in greco, brahman e atman in sanscrito significano la respirazione nei due sensi. Anemos era il vento). Il DNA è un cristallo. 25

26 Nella vita quotidiana Telecomunicazioni: televisione, Cellulare, Tom tom Computer Medicina: TAC, Pet, RNM, Rx, frmi. Nanotecnologie Raggi cosmici (luce, raggi gamma, neutrini, protoni) Nucleo terrestre (radon). 26

27 Infine una nuova legge della fisicateoricasuperquantistica: 27

28 Il matrimonio è basato sulle leggi della fisica: per ogni opinione ce n è una eguale e contraria! 28