[Luce] Onde EM & Fotone: sono 2 modi di rappresentare 1 fenomeno?! [Archivio]

View Full Version : [Luce] Onde EM & Fotone: sono 2 modi di rappresentare 1 fenomeno?!

Matrixbob

28-03-2006, 10:29

Dopo averci sbattuto la testa ormai + volte ho "prodotto" questo concetto di equivalenza tra le 2 cose, è così infatti?!
Sento CMQ bisogno di qualche conferma e di qualche altra parola in merito.

Cioè quello che mi sono chiesto dopo 1 corso di "fisica II" & 1 di "fisica ottica" è:

Quelle nel titolo sono 2 metodologie di rappresentazione di 1 fenomeno che in realtà non sapiamo proprio com'è fatto, ma solo come avviene.

Affermo questo xkè sovente sento dire qualcosa di simile:
[1] "il Fotone è il portatore della F elettromagnetica nello spazio, essa si propaga ad 1 velocità C".
[2] "le onde EM sono 1 E & 1 B che variano nello spazio e nel tempo, la direzione di propagazione è ortogonale ai 2 campi ed avviene a velocità C".

Inoltre mi pare si possa passare da 1 definizioe all'altra, usando 1 qualche "artefatto" e magari 1 costante?!

Spero di non essere stato troppo confuso nel espormi. :stordita:

TNX! :)

Matrixbob

28-03-2006, 10:37

Banus

28-03-2006, 11:06

Anche se faccio l'informatico, come base scientifica devo chiarirmi assolutamente questi concetti, x potermeli giostrare a piacimento in caso di info-fisica, proprio xkè penso che i confini tra 1 disciplina e l'altra s'assottiglieranno sempre di più. I HOPE! :)
Ti consiglio allora il libro "QED - la strana teoria della luce e della materia" di Feynman, che affronta proprio il tuo problema da un punto di vista molto "intuitivo" e semplice.
L'ho letto proprio due settimane fa, e devo dire che non può mancare dalla biblioteca di un appassionato di fisica :D

In termini molto (molto) grezzi puoi vedere il fotone come un'entità a cui è associata una ampiezza e una fase (in breve, una freccetta). Inoltre la propagazione del fotone è tale per cui si devono considerare tutti i percorsi possibili e sommare vettorialmente le freccette (tecnicamente, integrali di percorso). Se l'ampiezza fosse una intensità otterresti in questo modo la propagazione di un'onda (ricorda il principio di Huygens (http://www.mathpages.com/home/kmath242/kmath242.htm) ); invece rappresenta (in modulo quadro) una probabilità, e in questo modo ottieni il comportamento discreto dei fotoni.

Nel caso dell'elettromagnetismo la carica la puoi vedere come la tendenza, da parte di una particella, di emettere o ricevere fotoni. Questo influenza la traettoria degli elettroni, e il risultato finale assomiglia all'effetto di una forza. Così si arriva alla conclusione "fotone vettore della forza elettromagnetica".
I dettagli comunque sono molto complessi, e non mi risulta che esista una derivazione generale delle equazioni di Maxwell nel limite di molte particelle (comportamento approssimativamente classico).

Axe!

28-03-2006, 11:53

Matrixbob

28-03-2006, 12:03

Parto da lontanissime reminiscenze degli esami universitari....se non ricordo male il concetto era che la luce contiene in sè questa doppia natura, corpuscolare ed ondulatoria.
Insomma per certi aspetti si comporta come un' onda mentre per altri aspetti si comporta come una particella.
Secondo me è inesatto identificare 1 cosa con la sua rappresentazione.
Le luce o le onde elettromagnetiche in generale sono 1 cosa, e noi le descriviamo in 2 modi. IMHO.

Non è tipo l'errore che faceva Newton al riguardo delle forze?!

thotgor

28-03-2006, 12:09

Beh, allora da quanto sapevo io visto la piccolissima lunghezza d'onda della luce (per i fisici di "una volta") alla luce dei fatti maschera fenomeni di diffrazione, ovvero... solitamente l'interferenza di due onde (di qualunque tipo esso siano) è dato dalla natura ondulatoria del fenomeno (e da qua una prova della natura ondulatoria della luce).

D'altra parte, le emissioni di fotoni da parte di un atomo E dunque di un oggetto (esteso o no) sono discrete... i " salti "che provocano l'emissione di un fotone con una certa energia sono caratteristi di un certa dE di energia tra due orbitali diversi. Ora, se noi abbiamo una sorgente questa emetterà sempre e cmq "onde" della stessa intensita e pulsazione, ma con una fase diversa....

ovvero, immaginiamo un atomo: emette un "pacchetto" di onde con una fase, l'istante successivo ne emette un altro ma con una fase diversa (ovvero magari diversalemente "polarizzato"..). ecco che l'onda è vista come pacchettini di energia che vengono emessi. Tuitte assieme danno origine ad un onda non polarizzata.

Non so se questo discorso sia inerente però.

PS: devo ancora fare fisica quantistica dunque questo è quello che "so" dalla fisica classica.

Matrixbob

28-03-2006, 13:07

Fisica classica
In vertà noi sappiamo solo che variano E & B con diffusione a velocità C e direzione ortogonale ad E & B.
Quindi ci viene normale identificarlo con 1 onda, ma in realtà stiamo solo assegnado in 1 disegno l'ampiezza a degli istanti di tempo.
Non è che quello che noi chiamiamo onda EM è propio 1 onda "reale", ma è descrivibile come 1 onda con tutte le sue teorie derivate.

Fisica non classica
L'altra faccia della medaglia è che x spiegare altri tipi di fenomeni la "descrizione ad onda" non è ottimale e quindi si è utilizzato il concetto di Fotone come quanto di energia.
Quindi anche li a cambiare è il valore d'energia in 1 punto in 1 istante di tempo.
Non è il fotone 1 cosa che parte e schizza alla velocità della luce.

---
Quindi come sono realmente in natura le cose non lo si sa, ma descriverle bene ai nostri scopi si grazie alle "convenzioni".
Almeno questo è quello che io ho capito.
---

CioKKoBaMBuZzo

28-03-2006, 14:32

anch'io sto leggendo proprio adesso QED :D
però non capisco se quando dice cose tipo "bisogna tenere conto di tutti i percorsi possibili di un fotone" intende dire che per i calcoli è necessario tener conto di quello o se effettivamente la luce si comporta così...perchè se così fosse, l'elettrodinamica quantistica presuppone che la luce non si propaghi in linea retta e che non vada solo a velocità c...

Axe!

28-03-2006, 14:38

Secondo me è inesatto identificare 1 cosa con la sua rappresentazione.
Le luce o le onde elettromagnetiche in generale sono 1 cosa, e noi le descriviamo in 2 modi. IMHO.

Non è tipo l'errore che faceva Newton al riguardo delle forze?!

Più che di 2 tipi di rappresentazione dovrebbe trattarsi di un vero e proprio dualismo reale della luce.
Io sono ormai al limite delle mie conoscenze, ma linko wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Dualismo_onda-particella) proprio sul dualismo onda-particella.

Matrixbob

28-03-2006, 18:27

Matrixbob

08-04-2006, 16:54

Sui 2 newsgroups:

free.it.scienza.fisica
it.scienza.fisica

non ho avuto molta fortuna, xkè si è 1 po' persa di vista la sostanza. :(

Adesso vedo come consigliato su Wikipedia, la febbre e le elezioni mi hanno 1 po' sviato dalla ricerca della verità! :sofico: :Prrr:

Matrixbob

08-04-2006, 17:37

Più che di 2 tipi di rappresentazione dovrebbe trattarsi di un vero e proprio dualismo reale della luce.
Io sono ormai al limite delle mie conoscenze, ma linko wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Dualismo_onda-particella) proprio sul dualismo onda-particella.
Facendo riferimento alla Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Dualismo_onda-particella

Su questo non sono d'accordo, è ambiguo il termine "NATURA":
Il concetto dualismo onda-particella, ovvero il fatto che le particelle elementari (elettrone, protone, ecc) mostrano una duplice natura, sia corpuscolare che ondulatoria

Su questo invece sono d'accordo, per via del "SI COMPORTI":
Quantunque la luce si comporti in maniera corpuscolare, come evidenziato dall'effetto fotoelettrico, essa si comporta anche in maniera ondulatoria.

Riprendendo questo commento:
Il fenomeno della diffrazione della luce è spiegabile solamente ipotizzando una sua natura ondulatoria, natura che non è spiegabile dalla ipotesi corpuscolare.

.. mi pare proprio avere ragione che sono rappresentazioni (l'onda/il fotone) di 1 fenomeno che di come è fatto non sappiamo,
ma di come si comporta si, appunto attraverso le 2 teorie.

Matrixbob

08-04-2006, 17:49

>> Sempre da Wikipedia <<
Mediatori delle quattro forze fondamentali, appartengono alla categoria dei bosoni:
[1] Fotone, mediatori della forza elettromagnetica.
---

Osservazione, ma anche 1 qualsiasi onda trasporta: quantità di moto, energia, lavoro, informazione, quello che non trasporta è la massa.

CioKKoBaMBuZzo

08-04-2006, 17:53

Riprendendo questo commento:
Il fenomeno della diffrazione della luce è spiegabile solamente ipotizzando una sua natura ondulatoria, natura che non è spiegabile dalla ipotesi corpuscolare.
bhè l'elettrodinamica quantistica spiega tutti i fenomeni in cui è coivolta la luce in forma corpuscolare

Matrixbob

08-04-2006, 18:42

bhè l'elettrodinamica quantistica spiega tutti i fenomeni in cui è coivolta la luce in forma corpuscolare
Bella qua la storia delle teorie:
http://it.wikipedia.org/wiki/Luce

Sullla teoria quantistica o discreta (sono la stessa cosa):
I successivi studi di Albert Einstein sull'effetto fotoelettrico mostrarono che questo non era solo un artifico matamatico ma che i fotoni erano oggetti reali.

[Domanda]
Cioè i quanti di energia (o l'energia discreta) che colpiscono 1 oggetto?!

kaioh

09-04-2006, 01:30

Le onde elettromagnetiche hanno il duplice comportamento corpuscolare ed ondulatorio.

Una onda elettomagnetica a frequenza v è assimilabile ad un fotone con un'energia E = hv dove h è la costate di boltzman

idum

10-04-2006, 13:45

Allora, a richiesta ti rispondo :) non sono un fisico ma su queste cose ho fatto abbastanza lavoro.

Innanzi tutto, bisogna fare una premessa: gli effetti quantistici della materia non rientrano in fenomeni comprensibili tramite una visione "classica". Se uno cerca di associare a un fenomeno quantistico una "ragionevolezza" macroscopica finisce inevitabilmente per non capirci nulla.

Da un punto di vista quantistico, ogni subparticella è composta da blocchetti di energia, (quanti), e il suo comportamento non può essere definito in termini assoluti, ma solo in termini statistici in quanto esiste un limite di approssimazione, detto "indeterminazione di Heisemberg" (aldilà se azzecco o no come si scrivono i nomi degli scienziati), che impedisce di fatto di fare speculazioni aldilà di una certa precisione.
Detto questo, la natura delle subparticelle, in senso quantistico, non è tale da immaginare che ad esempio un elettrone sia un corpuscolo minuscolo. Invece, un elettrone è un qualcosa che produce effetti in due modi: da un punto di vista "probabilistico/campistico/ondulatorio", in quanto la sua energia si può immaginare come diffusa in tutto lo spaziotempo secondo una curva di probabilità PSI detta Funzione probabilistica d'onda, il cui modulo al quadrato descrive la probabilità che un dato elettrone (o fotone o muone, etc), si trovi in un dato punto dello spazio tempo; da un punto di vista "particellare" perchè gli effetti delle sue "interazioni" con le altre particelle possono essere descritte supponendo la particella come se fosse un blocchetto di energia ben definito in senso discreto (e non continuo).
La dualità del comportamento della materia subparticellare è una caratteristica della materia/energia e non una rappresentazione approssimata. Il fatto che questa non abbia corrispondenti "logici" è del tutto indifferente.

Per quanto riguarda dunque la luce, diremo che:
a) il fotone è il vettore che trasporta la forza elementare elettromagnetica
b) il fotone non ha massa
c) il fotone si muove nello spazio/tempo alla velocità c
d) il fotone ha una natura duale: per alcuni tipi di interazione con la materia si comporta come onda, per altri tipi di interazione si comporta come particella.

Il fatto che si dice abbia due comportamenti non significa che è una particella strana, significa solo che noi abbiamo due modelli distinti di comportamento per l'uno o l'altro evento che coinvolge i fotoni, e usiamo quello che ci fa più comodo.

Spero sia stato chiaro :) e' che ho da fare e posso dedicare solo poco tempo. Ma se hai bisogno di chiarimenti, commenta e chiedi quel che non ti è chiaro

Idum

CioKKoBaMBuZzo

10-04-2006, 15:28

eppure, come ho scritto in qualche messaggio fa, feynman dice espressamente che fotoni ed elettroni non si propagano in linea retta e che la loro velocità può assumere qualunque valore, minore, uguale o superiore a c :confused:

Matrixbob

10-04-2006, 17:46

IMHO ci si può riportare ad 1 lezione della UniNettuno (http://www.uninettuno.it/nettuno/index.htm) che ho trovato in giro:
Fisica generale II - Lez 16.

In occasione del "famoso" CORPO NERO, si sente dire che:
l'aspetto corpuscolare sta nel fatto che lo scambio d'energia con la materia avviene in modo discreto (o quantizzato o pachettizzato).

In parole:

energia = numero_intero_positivo * costante Planck * frequenza dell'onda elettromagnetica.

In simboli:

E = n*h*"nu", con n = 0, 1, .., infinito.

<NB>
h, detta costante di Planck x ovvi motivi, vale 6,63*10^-34 [J*s] e rappresenta il quanto (pacchetto d'energia) generale d'azione.
h*"nu" è il quanto.

Matrixbob

11-04-2006, 13:18

Più che di 2 tipi di rappresentazione dovrebbe trattarsi di un vero e proprio dualismo reale della luce.
Io sono ormai al limite delle mie conoscenze, ma linko wikipedia (http://it.wikipedia.org/wiki/Dualismo_onda-particella) proprio sul dualismo onda-particella.
Facendo riferimento alla Wikipedia:
http://it.wikipedia.org/wiki/Dualismo_onda-particella

Su questo non sono d'accordo, è ambiguo il termine "NATURA":
Il concetto dualismo onda-particella, ovvero il fatto che le particelle
elementari (elettrone, protone, ecc) mostrano una duplice natura, sia
corpuscolare che ondulatoria

Su questo invece sono d'accordo, per via del "SI COMPORTI":
Quantunque la luce si comporti in maniera corpuscolare, come evidenziato
dall'effetto fotoelettrico, essa si comporta anche in maniera ondulatoria.

Riprendendo questo commento:
Il fenomeno della diffrazione della luce è spiegabile solamente ipotizzando
una sua natura ondulatoria, natura che non è spiegabile dalla ipotesi
corpuscolare.

.. mi pare proprio avere ragione che sono rappresentazioni (l'onda/il
fotone) di 1 fenomeno che di come è fatto non sappiamo,
ma di come si comporta si attraverso le 2 teorie.

Matrixbob

11-04-2006, 13:26

Spero sia stato chiaro :) e' che ho da fare e posso dedicare solo poco tempo. Ma se hai bisogno di chiarimenti, commenta e chiedi quel che non ti è chiaro

Idum
Solo 1 cosa Idum, secondo te ho le idee chiare?! :stordita: :confused: :)

idum

11-04-2006, 17:24

Solo 1 cosa Idum, secondo te ho le idee chiare?! :stordita: :confused: :)
Si e no :)
Nel senso che non è che la luce si comporta in un modo che non sappiamo. Abbiamo una buona comprensione di come si comporta la luce (almeno aldilà di questioni in cui relatività speciale e quantistica incocciano) e le altre subparticelle tipo gli elettroni, e il fatto che usiamo due modelli differenti per studiare il suo comportamento non implica che i due ( o più) modelli siano sbagliati, ma che semplicemente è più agevole usare le equazioni di Maxwell (che sono fisica classica, ovvero non quantizzata), per calcolare il campo elettromagnetico, in quanto l'approssimazione richiesta nella maggiorparte delle applicazioni lo permette, che si usa il modello "particellare" quantistico se devo valutare il comportamento di un urto fra fotoni ed elettroni (ad esempio), o se devo stimare statisticamente il comportamento di un "gas" di elettroni che scorrono in un metallo; utilizzerò invece un modello misto, l'elettrodinamica quantistica, se devo valutare il comportamento di un fotone in situazioni più complesse o generali.

E' come se prendi l'addizione e la moltiplicazione: se prendi due numeri e li sommi, hai un risultato che è ancora un numero, se li moltiplichi hai un altro risultato che è ancora un numero. Il fatto che tu possa usare due operazioni
differenti fra i numeri non significa che il modello "numero" sia malcompreso.

Usare una teoria quantistica come la QED (elettrodinamica quantistica) sempre è troppo complesso, come è inutile usare la relatività generale nella balistica. Per questo vengono insegnate le leggi di Maxwell e poi si dice che la luce è duale, con le opportune modifiche nei pochi casi in cui tale distinzione è necessaria, ad esempio nell'effetto fotoelettrico o per l'effetto tunnel. Si fa prima in questa maniera e si hanno gli stessi risultati con un livello di approssimazione ottimale.

E, in ogni caso, la "dualità" della luce è una proprietà, così come la sua velocità costante c nel vuoto.

Idum

Matrixbob

11-04-2006, 17:43

Si e no :)
Nel senso che non è che la luce si comporta in un modo che non sappiamo.

Idum
Mai detto questo, è la sola cosa che sapiamo il suo comportamento.
Le 2 rappresentazioni sono appunto nate dalla analisi del suo comportamento e dal bisogno di spiegarlo.

E' il come è "fatto", come si trasferiscono effettivamente questi quanti di energia nello spazio (vuoto), di cosa è "fatta" quella F elettromagnetica che avvertono 2 cariche, questa informazione che viaggia di cosa è "fatta"?!

Questo è quello che IMHO è sconosciuto, o si sa?! :confused:

khri81

11-04-2006, 18:07

edit

idum

11-04-2006, 18:21

Mai detto questo, è la sola cosa che sapiamo il suo comportamento.
Le 2 rappresentazioni sono appunto nate dalla analisi del suo comportamento e dal bisogno di spiegarlo.

E' il come è "fatto", come si trasferiscono effettivamente questi quanti di energia nello spazio (vuoto), di cosa è "fatta" quella F elettromagnetica che avvertono 2 cariche, questa informazione che viaggia di cosa è "fatta"?!

Questo è quello che IMHO è sconosciuto, o si sa?! :confused:

E' fatta di energia. Energia, materia, sono tutte forme della stessa "sostanza". Il fotone "è" il vettore e noi vediamo che questo si muove da un elettrone ad un altro portando con se l'azione, ovvero altra energia. La F elettromagnetica è la forza elettromagnetica elementare, presumibilmente una delle facce del modo con cui l'energia si evolve nell'universo. Il tempo, lo spazio come lo vediamo, sono anche esse manifestazioni di questa energia, laddove contenitore e contenuto sono legate da una sorta di consistenza vicendevole.

E l'energia è... l'energia. Noi la vediamo esprimere come lavoro, come calore, come energia potenziale, come moto cinetico, come massa. Ognuna di queste forme, quantisticamente, sono configurazioni, se vuoi "forme, apparenze" che l'osservatore percepisce e traduce in "oggetti" a seconda della sua capacità di osservazione. Così la luce è, da un punto di vista matematico, dappertutto e ovunque e si muove di qualunque velocità, perchè è così che l'energia si comporta, ma si "condensa" in un onda piana se le condizioni di contorno sono quelle opportune, o in una particella, oppure in una cosa a metà fra le due.
Si può dire, in senso fra il mistico e il quantistico stretto, che un fotone è energia con una identità, che sia essa zerodimensionale, come nel modello standard, che sia unidimensionale, come nella teoria delle stringhe, o che sia multidimensionale, come nella M-teoria.

Per comprendere bene queste cose, e io non sono certo un esperto ma solo un dilettante appassionato e prevalentemente ignorante con solo qualche nozione di base presa qua e la, bisogna entrare nella "magia" della natura aliena del nostro universo. Non bisogna fossilizzarsi su ciò che la "pratica" di ogni giorno ci dice che è la normalità delle cose.

Da un certo punto di vista, è la nostra concezione di "materia" che è strana rispetto al resto dell'universo :), e, giusto così per chiudere con toni deliranti, è inevitabile associare questa "energia" al Nirvana, ovvero l'Essenza Unica che trascende il tempo e lo spazio, e la materia con il Maya, l'illusione che ci fa percepire il tempo, lo spazio, la vita e la morte, secondo i dettami di una visione Orientale dell'esistenza.

Idum

Matrixbob

11-04-2006, 18:28

Idum, ma che lavoro fai e quanti anni hai scusa?! Ora mi incuriosici ... :)

[NB]
Puoi anche non rispondere, oppure in PVT. :)

CMQ, grazie del intervento. :)

idum

11-04-2006, 18:41

Non c'è problema :).
Sono ingegnere elettronico, campo (o almeno sto imparando a campare) di consulenza, formazione, analisi e progettazione in campo tecnologico, informatico in primis ma ora mi sto spostando sulle questioni energetiche, collaboro su attività di ricerca (da esterno) per l'università di Ancona sulle reti bayesiane, e tento di fare l'imprenditore cercando di sviluppare qualche progetto personale molto ambizioso, al momento senza grandi risultati, ma non dispero :).
Professionalmente sto iniziando praticamente ora come libero professionista, e con calma sto sviluppando la mia posizione.

Ho 34 anni e sono un appassionato di fisica, alla quale ogni tanto cerco di dedicare del tempo, ma non credere, quel che so è altamente qualitativo, approssimativo, non ho una profonda preparazione, tuttavia la fisica di frontiera, me la "sento addosso" bene e credo di comprenderne la sua intima natura.

Idum

Matrixbob

14-04-2006, 12:53

Link inerente:
[Luce] Ancora qualche chiarimento plz :) (http://www.hwupgrade.it/forum/showthread.php?p=12122161)

Matrixbob

24-04-2006, 16:44

Stanno arrivando risposte interessanti anche sul newsgroup:
it.scienza.fisica

Non c'è modo di vederlo via WWW?!

Mi auto rispondo, forse qui:
http://groups.google.it/group/it.scienza.fisica/browse_thread/thread/d5b988f4dd0b9ae3/687fe71cbb76c74a?hl=it#687fe71cbb76c74a