DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PERCORSO DI DIVULGAZIONE SCIENTIFICA PER SPIEGARE IN MODO ELEMENTARE ED ACCESSIBILE A TUTTI COM' E' FATTO E COME FUNZIONA IL MONDO FISICO DAI QUARK AL DNA, DALLE STELLE ALLE GALASSIE, DAL BIG BANG ALL' UNIVERSO ATTUALE ED OLTRE RELATORE: PROF. ANTONINO CUCINOTTA
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE I INTRODUZIONE ALLA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA: DAGLI ATOMI DI LEUCIPPO E DEMOCRITO ALLA TEORIA ATOMICA DI DALTON, AVOGADRO E CANNIZZARO FONDATORI DELLA CHIMICA MODERNA
CALCOLI IN NOTAZIONE SCIENTIFICA MULTIPLI 10 = 10 1 100 = 10 x 10 = 10 2 1000 = 10 x 10 x 10 = 10 3 = Kilo, K 10000 = 10 x 10 x 10 x 10 = 10 4 100000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 5 1000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 6 = Mega, M = 1000 K 10000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 7 100000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 9 = Giga, G = 1000 M 100000000 = 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 9 = Tera, T = 1000 G
Sottomultipli 0,1 = 1/10 = 10-1, deci, d 0,01 = 1/100 = 10-2,centi, c 0,001 = 1/1000 = 10-3,milli, m 0,000001 = 1/1000000 = 10-6,micro, μ 0,000000001 = 1/1000000000 = 10-9,nano, n 0,000000000001 = 1/1000000000000 = 10-12, pico, p 0,000000000000001 = 1/1000000000000000 = 10-15, femto,f
ESEMPI 5 x 10 4 x 8 x10-3 = 40 x 10 (4-3) = 40 x 10 = 400 45,7 x 10-12 : 7,4 x 10-15 6,175 x 10 (-12 + 15) = = 6,175 x 10 3
ESEMPI CALCOLO DEL TEMPO T IMPIEGATO DALLA LUCE SOLARE PER RAGGIUNGERE LA TERRA d: distanza media Terra-Sole = 150000000 Km = c: velocità della luce nel vuoto = 300000 km/s T = d/c = 150 x 10 6 / 3 x 10 5 = 50 x 10 (6-5) secondi = =500 s = 500/60 minuti 8,33 minuti
1 ANNO LUCE (A. L.) = ESEMPI = 300000 Km/s x 3600 x 24 x 365 = = 3 x 10 5 x 86400 x 365 = 3 x 10 5 x 8,64 x 10 4 x 3,65 x 10 2 Km = = 3 x 8,64 x 3,65 x 10 (5 + 4 + 2) Km 94,608 x 10 11 Km = = 9,4608 x 10 12 Km = 9460,8 x 10 9 Km = 9460,8 miliardi di Km
ESEMPI CARICA DELL' ELETTRONE e = 1,6 x 10-19 C (Coulomb) Un ferro da stiro da 2000 W assorbe,alimentato a 230 V, una corrente con intensità I = 2000/230 8,695 A (Ampere) = 8,695 Coulomb/s, che equivale allo spostamento lungo il filo di 8,695 : 1,6 x 10-19 54,343 x 10 18 elettroni/secondo. La corrente di 1 A = 1 Coulomb/secondo equivale allo spostamento di 1/1,6 x 10-19 6,25 x 10 18 elettroni/secondo
ESEMPI MASSA DEL PROTONE : Mp = 1,673 x 10-27 Kg MASSA DELL' ELETTRONE Me = 0,91 x 10-30 Kg IL PROTONE HA UNA MASSA Mp/Me = 1,673 x 10-27 / 0,91 x 10-30 1,838 x 10 3 = = 1838 VOLTE MAGGIORE DI QUELLA DELL' ELETTRONE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LEUCIPPO DI MILETO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DEMOCRITO DI ABDERA
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE L' ANTICA GRECIA
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JOHN DALTON
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE AMEDEO AVOGADRO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STANISLAO CANNIZZARO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIMITRI MENDELEEV
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI (DI MENDELEEV)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WILLIAM CROOKES
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE TUBI DI CROOKES (SCARICA ELETTRICA IN UN GAS RAREFATTO)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE TUBO A RAGGI CATODICI
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE HEINRICH HERTZ NEL 1886 GENERA E RIVELA A BREVE DISTANZA LE ONDE ELETTROMAGNETICHE PREVISTE TEORICAMENTE DA MAXWELL
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ONDE ELETTROMAGNETICHE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE SPETTRO DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DELLA LUCE
LA DISPERSIONE DELLA LUCE ATTRAVERSO UN PRISMA
SINTESI DELLA LUCE BIANCA CON IL DISCO DI NEWTON
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIFFRAZIONE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WIHLELM CONRAD ROENTGEN SCOPRE I RAGGI X (1895)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE MODERNO TUBO A RAGGI X (DI COOLIDGE)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE HENRY BECQUEREL SCOPRE LA RADIOATTIVITA' DEI SALI D'URANIO (1896)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE I CONIUGI CURIE SCOPRONO IL POLONIO ED IL RADIO (1898-1902).
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JOSEPH THOMSON SCOPRE L' ELETTRONE (1897)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE II MATERIA E RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA I PIONIERI DELLA FISICA DEL XX SECOLO MAX PLANCK SPIEGA LO SPETTRO DEL CORPO NERO ENUNCIANDO IL PRINCIPIO DI QUANTIZZAZIONE DELL 'ENERGIA (1900)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
FRANUNHOFER INVENTA IL RETICOLO DI DIFFRAZIONE (1814) E STUDIA LO SPETTRO SOLARE
SPETTRO DI ASSORBIMENTO SOLARE
SPETTRI DI EMISSIONE E DI ASSORBIMENTO DEL SODIO
I RAGGI ULTRAVIOLETTI : UVA, UVB, UVC
KIRCHHOFF E BUNSEN INVENTANO LO SPETTROSCOPIO (1859)
SPETTROSCOPIO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ALBERT EINSTEIN SPIEGA L' EFFETTO FOTOELETTRICO CON L' IPOTESI DEI FOTONI (1905) (QUANTI DI ENERGIA ELETTROMAGNETICA)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ATOMO DI THOMSON
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ERNEST RUTHERFORD SCOPRE IL NUCLEO ATOMICO (1911)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE NIELS BOHR ELABORA LA TEORIA QUANTISTICA DELL' ATOMO DI IDROGENO (1913)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
ISOTOPI
ISOTOPI
IDROGENO H 1 1 Z = 1, N = 0, A = 1 DEUTERIO D o H 2 1 Z = 1, N = 1, A = 2 TRIZIO T o H 3 1 Z = 1, N = 2, A = 3
LITIO Li 3 7 Z = 3, N = 4, A = 7 10 BORO B 5 Z = 5, N = 5, A = 10 CARBONIO 12 C 12 6 Z = 6, N = 6, A = 12
14 CARBONIO 14 C 6 Z = 6, N = 8, A = 14 197 ARGENTO Ag 79 Z = 47, N = 60, A = 197 56 FERRO Fe 26 Z = 26, N = 30, A = 56
URANIO 234 U (0,0057 %) U 234 92 Z = 92, N = 142, A = 234, URANIO 235 U (0,7204 %) U 235 92 Z = 92, N = 143, A = 235, 238 URANIO 238 U (99,273 %) U 92 Z = 92, N = 146, A = 238,
IODIO 127 (STABILE) I 127 53 Z = 53, N = 74, A = 127, IODIO 131 (RADIOATTIVO) I 131 53 Z = 53, N = 78, A = 131
ASTON INVENTA LO SPETTROMETRO DI MASSA (1920)
SPETTROMETRO DI MASSA PER LA RIVELAZIONE DEGLI ISOTOPI
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA
ATOMO DI CARBONIO
ATOMO DI CLORO
ATOMO DI SODIO
ATOMO DI ALLUMINIO
ATOMO DI RAME
ATOMO DI URANIO
ATOMO AL MICROSCOPIO ELETTRONICO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WILLIAM HENRY BRAGG E WILLIAM LAWRENCE BRAGG SCOPRONO LA STRUTTURA CRISTALLINA DELLA MATERIA CON ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X (1913)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ESPERIMENTI DI DIFFRAZIONE DI RAGGI X
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STRUTTURA CRISTALLINA DEL CLORURO DI SODIO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE STRUTTURA CRISTALLINA DEL DIAMANTE E DELLA GRAFITE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE CRISTALLI DI DIAMANTE E DI GRAFITE
LA SCOPERTA DEL DNA (1953) ROSALINDE FRANKLIN, WATSON E CRICK
LA STRUTTURA A DOPPIA ELICA DEL DNA
MODELLO DELLA STRUTTURA DEL DNA
IL PRIMO DIFFRATTOGRAMMA A RAGGI X DEL DNA
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ARTHUR COMPTON CONFERMA SPERIMENTALMENTE L' IPOTESI DEI FOTONI DI EINSTEIN (1922)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE L' EFFETTO COMPTON CONFERMA L' ESISTENZA DEI FOTONI DI EINSTEIN
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LOUIS DE BROGLIE FORMULA L' IPOTESI ONDULATORIA DELLA MATERIA (1924)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ERWIN SCHROEDINGER ELABORA LA MECCANICA ONDULATORIA (MECCANICA QUANTISTICA) (1925)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WOLFGANG PAULI ENUNCIA IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE (1925) CONSENTENDO DI SPIEGARE QUANTISTICAMENTE LA STRUTTURA ATOMICA DELLA MATERIA E LA TAVOLA PERIODICA DI MENDELEEV
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE WERNER HEISENBERG ENUNCIA IL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (1927)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DAVISSON E GERMER VERIFICANO IL COMPORTAMENTO ONDULATORIO DELLA MATERIA CONFERMANDO L' IPOTESI DI DE BROGLIE (1927)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE DIFFRAZIONE DI ELETTRONI E DIFFRAZIONE DI RAGGI X ATTRAVERSO LAMINE D' ORO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE PAUL DIRAC APPLICANDO LA TEORIA DELLA RELATIVITA' SPECIALE DI EINSTEIN ALLA MECCANICA QUANTISTICA PREVEDE L'ESISTENZA DELL' ANTIMATERIA (1928)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE JAMES CHADWICK SCOPRE IL NEUTRONE (1932)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ENRICO FERMI CON I RAGAZZI DI VIA PANISPERNA (SCUOLA DI FISICA DI ROMA - 1934)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE ETTORE MAJORANA NEL 1933 ELABORA, PRIMA DI HEISENBERG, LA TEORIA DELLE FORZE NUCLEARI
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI (VICTOR HESS - 1912)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE III LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI DELL' UNIVERSO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE FONDAMENTALI DEL MODELLO STANDARD: QUARK PRIMA GEN. SECONDA GEN. TERZA GEN. SU, GIU' STRANO, INCANTATO ALTO, BASSO LEPTONI ELETTRONE MUONE TAUONE NEUTRINO NEUTRINO NEUTRINO ELETTRONICO MUONICO TAUONICO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LO SCAMBIO DI UN GLUONE GENERA LA FORZA FORTE (FORZA DI COLORE) TRA DUE QUARK LO SCAMBIO DI UN FOTONE GENERA LA FORZA ELETTROMAGNETICA TRA DUE PARTICELLE CARICHE LO SCAMBIO DEI BOSONI VETTORI DI RUBBIA (W+,W-, Z ) GENERA LA FORZA DEBOLE (FORZA DI CAMBIAMENTO DI SAPORE) TRA DUE QUARK O TRA DUE LEPTONI
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE TRE GENERAZIONI DI PARTICELLE DEL MODELLO STANDARD
UNITA' DI MISURA DELL'ENERGIA IN FISICA ATOMICA E NUCLEARE 1 ev (ELETTRONVOLT) = 1,6 x 10-19 J (Joule) 1 JOULE EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UNA MASSA DI CIRCA 102 GRAMMI IN CADUTA LIBERA DALL' ALTEZZA DI 1 METRO. 1 ev EQUIVALE ALL' ENERGIA CINETICA ACQUISITA DA UN CORPO DOTATO DI UNA CARICA DI 1,6 x 10-19 COULOMB SOTTOPOSTO ALLA TENSIONE ACCELERATRICE DI 1 VOLT
MULTIPLI DELL' ELETTRONVOLT 1 KeV (KILOELETTRONVOLT) = 10 3 ev 1 MeV (MEGAELETTRONVOLT) = 10 6 ev = 1000 KeV 1 GeV (GIGAELETTRONVOLT) = 10 9 ev = 1000 MeV 1 TeV (TERAELETTRONVOLT) = 10 12 ev = 1000 GeV 1 ev EQUIVALE ALL' ENERGIA DI AGITAZIONE TERMICA MEDIA ACQUISITA DA UN ELETTRONE ALLA TEMPERATURA DI 11600 K ( K GRADI KELVIN = GRADI CENTIGRADI (C ) + 273,16)
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE
BARRIERA DI POTENZIALE PER LA FUSIONE NUCLEARE
BARRIERA DI POTENZIALE TRA DUE PROTONI
E = MC 2 PRINCIPIO DI EQUIVALENZA DI EINSTEIN TRA MASSA ED ENERGIA SE M = 1 GRAMMO, E = 10-3 Kg x (3 x 10 8 m/s) 2 = = 9 x 10 13 JOULE = 9 x 10 13 / 3,6 x 10 6 = 25 x 10 6 Kwh. 1 Kwh = 3,6 x 10 6 J LA COMBUSTIONE DI 1 GRAMMO DI CARBONIO PRODUCE 7865,41 calorie = 7865,41 X 4,18 = =32877,41 JOULE = 32877,41/3,6 x 10 6 = 0,009132
REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
REAZIONI DI FUSIONE NUCLEARE
IL DIFETTO DI MASSA DELLE REAZIONI NUCLEARI CONFERMA LA LEGGE RELATIVISTICA E = mc 2 NELLA REAZIONE NUCLEARE A + B = C + D LA SOMMA M A + M B DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE E' SEMPRE LIEVEMENTE MINORE DELLA SOMMA M C + M D DELLE MASSE DEI REAGENTI. ESEMPIO: NELLA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE 1 H1 + 3 Li 7 ---> 2 He 4 + 2 He 4 + 17 MeV (Reazione di Cockroft e Walton, 1932) L' ENERGIA PRODOTTA (17 MeV = 17 x 10 6 x 1,6 x 10-19 J = = 27,2 x 10-13 J) EQUIVALE ALLA DIFFERENZA (DIFETTO DI MASSA) TRA LA SOMMA DELLE MASSE DEI REAGENTI (PROTONE E NUCLEO DI LITIO) E LA SOMMA DELLE MASSE DEI PRODOTTI DI REAZIONE (PARTICELLE ALFA)
LA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE PROTONE-PROTONE
IL CICLO DI BETHE (HANS BETHE - 1938)
IL CICLO DI BETHE (CICLO CNO - CARBONIO-AZOTO- OSSIGENO)
DENEB SIRIO
LA COSTELLAZIONE DI ORIONE Betelgeuse
ANTARES SUPERGIGANTE ROSSA NELLA COSTELLAZIONE DELLO SCORPIONE ANTARES
BETELGEUSE E ANTARES DUE BELLISSIME SUPERGIGANTI ROSSE
NEBULOSE PLANETARIE NEBULOSA TESTA DI CAVALLO NEBULOSA OCCHIO DI GATTO
DALL' INFINITAMENTE PICCOLO ALL' INFINITAMENTE GRANDE LE REAZIONI NUCLEARI DI FISSIONE E FUSIONE VIDEO 1 (LA FUSIONE NUCLEARE) VIDEO 2 (LA FUSIONE NUCLEARE) VIDEO 3 (LA FISSIONE NUCLEARE) VITA E MORTE DI UNA STELLA VIDEO 1 VIDEO 2 VIDEO 3 VIDEO 4
EDWIN HUBBLE SCOPRE L' ESPANSIONE DELL' UNIVERSO (1929)
LA LEGGE DI HUBBLE V = HR
GEORGE GAMOW FORMULA LA TEORIA DEL BIG BANG (1946)
IL BIG BANG
ARNO E PENZIAS SCOPRONO LA RADIAZIONE COSMICA DI FONDO (1964)
ALAN GUTH FORMULA LA TEORIA DELL' INFLAZIONE COSMICA (1979)
LA LINEA DEL TEMPO DELL' UNIVERSO