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Fisica quantistica, teoria della relatività, spazio, citazioni. L'universo non avrà più segreti dopo aver visitato questa sezione.

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werner heisenberg 156004 640 - Cosa causa il “realizzarsi della realtà?”
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Cosa causa il “realizzarsi della realtà?”

Partiamo dal principio di indeterminazione e vediamo come questo porti a profonde ripercussioni sulla realtà. Avete mai sentito parlare di Planck? Sono sicuro di si. Ecco, questo signore (premio Nobel per la fisica nel 1918), formalizzò la seguente legge (la famosa Legge di Planck), portando di conseguenza ad uno stravolgimento nel modo di porsi di fronte alla misurazione nella fisica delle particelle elementari: L’energia associata a una radiazione elettromagnetica è trasmessa in pacchetti discreti chiamati quanti, ciascuno dei quali è associato a un singolo fotone. Detta così, pare dire niente, ma pensateci bene. Qualsiasi misurazione voi facciate, questa darà sempre luogo ad una importante modifica nel sistema atomico osservato, visto che il più piccolo “mezzo” necessario all’osservazione (avente come costante di Planck il suo valore minimo) comporta una perturbazione affatto trascurabile! Ogni interazione non è più riducibile ad una mera registrazione del valore della grandezza misurata, ma comporta una importante modifica anche del sistema, che non è eliminabile né praticamente, né concettualmente. Ora la domanda che potremmo porci è: cosa causa il “realizzarsi della realtà?” Più precisamente, il collasso della funzione d’onda è causato dall’atto del misurare, oppure la riduzione della funzione d’onda si verifica a livello della coscienza di …

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einstein - Nella meccanica quantistica, la rappresentazione della realtà non è cosi facile.
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Nella meccanica quantistica, la rappresentazione della realtà non è cosi facile.

Prima dell’avvento della fisica quantistica, non c’era alcun dubbio in proposito: nella teoria di Newton, la realtà era rappresentata da punti materiali nello spazio e nel tempo; nella teoria di Maxwell, dal campo nello spazio e nel tempo. Nella meccanica quantistica, la rappresentazione della realtà non è cosi facile. Alla domanda se una funzione ψ della teoria quantistica rappresenti una situazione reale effettiva, nel senso valido per un sistema di punti materiali o per un campo elettromagnetico, si esita a rispondere con un semplice «sì» o «no». Perché? Einstein fu molto scettico riguardo i meccanismi insiti nella fisica quantistica. Egli infatti continuerà per vari anni a provare a confutare il principio di indeterminazione. I fatti dimostrano (per ora) che Einstein aveva torto.

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piastre - Effetto Tunnel
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Effetto Tunnel

Una delle proprietà più straordinarie dei quanti è rappresentata dal cosiddetto “Effetto Tunnel”. Nella meccanica classica è intuitivo che una particella non possa superare un ostacolo se non ha l’energia necessaria per farlo. Peggio ancora se parliamo di corpi. Ad esempio se un gatto non ha la forza per sfondare un muro di mattoni, non potrà mai essere trovato al di là di quella parete. Ciò però non accade nella fisica quantistica. Nel mondo quantistico la funzione d’onda di una particella, prevede una probabilità, piccola ma concreta, di attraversare spontaneamente una barriera più alta dell’energia posseduta dalla particella stessa. In sostanza un elettrone collocato in una scatola chiusa, può trovarsi, ad un certo punto, fuori dalla scatola stessa, in modo del tutto spontaneo. Pensateci. L’effetto tunnel è una conseguenza diretta del principio di indeterminazione di Heisenberg. Altrimenti potreste teoricamente poter confinare una particella in uno spazio molto stretto e quindi ridurre l’incertezza sulla sua posizione. Questo effetto, impossibile per la fisica classica, non solo è stato ampiamente dimostrato, ma permette, tra l’altro, anche il funzionamento delle memorie flash per computer (un approfondimento riguardo tale tipologia di memoria è presente su wikipedia: https://it.wikipedia.org/wiki/Memoria_flash).

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video terra 260x165 - La Terra in Ultra HD (4K)
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La Terra in Ultra HD (4K)

La NASA monitora i segni vitali del pianeta provenienti dalla terra, dall’aria e dallo spazio, con una flotta di satelliti e campagne di osservazione aerei e terrestri davvero ambiziose. La Stazione Spaziale Internazionale ospita una varietà di carichi utili ed esperimenti a sostegno della ricerca climatica, le previsioni meteorologiche, il monitoraggio degli uragani, il monitoraggio dell’inquinamento, in risposta ai disastri. Ed altro ancora. Credits: NASA

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pia20509 1041 - Mimas, uno dei principali satelliti di Saturno
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Mimas, uno dei principali satelliti di Saturno

Mimas, in una foto della NASA, anche noto come Mima o Mimante, è uno dei principali satelliti naturali di Saturno. Con un diametro di 396 chilometri è il settimo satellite di Saturno e il ventunesimo del sistema solare per dimensione. Photo Credits: NASA

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lente - Bislacche misurazioni quantistiche
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Bislacche misurazioni quantistiche

Ecco, partiamo con il dire che la meccanica quantistica delinea un quadro davvero insolito della realtà fisica a livello microscopico, ma non per questo dovrebbe dare adito ad anomale supposizioni. Vedremo ora come alcuni fenomeni quantistici, sembrino mostrare i limiti della consueta concezione oggettiva e materialistica dell’universo tanto cara agli studiosi dell’ottocento. Alle scale microscopiche la natura non si comporta conformemente alle leggi della fisica classica, la fisica che descrive i fenomeni a noi più familiari. Tutt’altro. E’ come se di punto in bianco l’universo cambiasse le carte in tavola. Ad esempio, nel mondo che ci è dato sperimentare tutti i giorni (ambito della fisica classica), non vi sono limitazioni alla misurazione delle caratteristiche di un sistema fisico. Non c’è nulla che impedisca di misurare la posizione di un oggetto, la sua velocità, oppure tanto per dirne un’altra, la sua massa. Non è però così nella meccanica quantistica. La fisica quantistica è quanto di più curioso potrete affrontare in vita vostra. Più di un koala vestito da scout, tanto per farvi un esempio. Gli oggetti che fanno parte dell’ambito di tale teoria fisica, e che sono i mattoni fondanti di tutto ciò che osservate, si trovano in stati che potremmo denominare …

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universo elegante - L'universo elegante di Brian Greene
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L’universo elegante di Brian Greene

“L’universo elegante”, “Superstringhe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria ultima” di Brian Greene è un libro che ho amato molto. Il testo è un saggio scientifico del 1999, volto all’introduzione della teoria delle stringhe e alle più recenti teorie della fisica della particelle e della cosmologia. Esso ripercorre anche la storia della fisica recente come la meccanica quantistica e la teoria della relatività, per avere una migliore comprensione delle nuove teorie. Il libro è di ampia divulgazione in quanto invece di partire dalle formule o da complesse dimostrazioni teoriche si addentra nella materia attraverso esempi tratti dalla vita quotidiana e facilmente comprensibili al pubblico più esteso possibile. Consigliatissimo, per chi volesse capirne un po’ di più di una teoria dai risvolti davvero sbalorditivi.

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einstein - Dio non gioca a dadi
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Dio non gioca a dadi

«La meccanica quantistica è degna di ogni rispetto, ma una voce interiore mi dice che non è ancora la soluzione giusta. È una teoria che ci dice molte cose, ma non ci fa penetrare più a fondo il segreto del Grande Vecchio. In ogni caso, sono convinto che questi non gioca a dadi col mondo.» Albert Einstein (Ulma, 14 marzo 1879 – Princeton, 18 aprile 1955) è stato un fisico e filosofo tedesco naturalizzato svizzero e statunitense. Einstein fu molto scettico riguardo i meccanismi insiti nella fisica quantistica. Egli infatti continuerà per vari anni a provare a confutare il principio di indeterminazione. I fatti dimostrano (per ora) che Einstein aveva torto.

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600px Calabi Yau - La Teoria delle Stringhe
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La Teoria delle Stringhe

Siamo verso la metà degli anni Ottanta, quando una nuova e ulteriore rivoluzione prese piede, la Teoria delle Stringhe, che sostituì alla natura puntiforme delle particelle elementari il concetto di corde o stringhe. Il nostro spazio fisico possiede solo 4 dimensioni apprezzabili alla nostra scala di grandezza e di ciò bisogna sempre tenere conto in qualsiasi teoria fisica; tuttavia, nulla vieta di per sé che una teoria possa affermare che vi sono delle dimensioni spaziali aggiuntive. Nel caso della teoria delle stringhe, vi sono evidenze secondo cui lo spazio-tempo richieda 10, 11 o addirittura 26 dimensioni. Ma queste dimensioni ulteriori dove sono nascoste? Il conflitto viene risolto immaginando che le dimensioni aggiuntive siano “arrotolate su se stesse” o meglio compattificate. Immaginiamo un tubo di gomma, praticamente uno di quelli utilizzati in giardino per irrigare le piante. Ipotizziamolo largo un centimetro, o poco più, di diametro; steso tra due pali a grande distanza, ad un chilometro o più da noi. Ovviamente risulterebbe impossibile per noi distinguere il suo spessore e dovremmo ridurci a descriverlo semplicemente come una linea; cioè come un oggetto a una sola dimensione (seppur coscienti dell’esistenza di una dimensione in più). Teoricamente però, una formica potrebbe muoversi nelle …

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cat 874127 640 - Il tempo è una illusione
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Il tempo è una illusione

Molti filosofi si sono contraddistinti nel pensare che il tempo fosse una illusione. Ad oggi anche molti fisici stanno incominciando a pensarla nella stessa maniera. Ma quale è, dunque, la natura del tempo? Adrian Bardon, proprio come Carlo Rovelli, partono dalle risposte che Parmenide di Elea, tra il VI e il V secolo avanti cristo diede. Il tempo è tra quelle cose che ci appaiono diverse da quelle che sono. Il tempo è quella cosa che il mio gatto mi fa perdere quando rimane imbambolato sull’uscio del balcone, indeciso se entrare o meno. Ma andiamo per gradi ed in ordine cronologico, visto il tema. Per Newton, come visto, il tempo e lo spazio entro cui si svolgono le nostre vicende sono assoluti. Siamo nell’anno 1905 ed ecco Einstein dare una bella picconata a tale convinzione con la sua teoria della relatività speciale. Il tempo in sé non esiste: tutt’al più esiste la rete quadridimensionale dello spaziotempo. Ancora pochi anni dopo (tra il 1915 e il 1926) ed ecco di nuovo Einstein continuare ad infierire su quanto costruito da Newton, definendo le equazioni della relatività generale. Non solo il tempo assoluto non esiste, ma anche lo spaziotempo è una rete distorta …

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ologramma - L'universo è una illusione?
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L’universo è una illusione?

Parliamo di David Bohm, noto fisico dell’Università di Londra, recentemente scomparso. Egli sosteneva che a conferma di tutto ciò di cui abbiamo finora discusso la realtà oggettiva ha modo di esistere. Secondo la sua tesi, l’universo sarebbe in realtà un ologramma gigantesco e splendidamente dettagliato. A beneficio di tutti coloro che ignorino cosa sia un ologramma, procedo a spiegarne la natura. Un ologramma è una fotografia tridimensionale prodotta con l’aiuto di un laser. In pratica l’oggetto da fotografare, viene prima immerso nella luce di un raggio laser, poi un secondo raggio laser viene fatto rimbalzare sulla luce riflessa del primo e lo schema risultante dalla zona di interferenza dove i due raggi si incontrano, viene impresso sulla pellicola fotografica. Fin qui tutto chiaro? No? Ok, ok, però scommetto che un paio di letture potrebbero esservi di aiuto e risultare risolutive. La cosa comunque sbalorditiva, è che quella foto contraddistinta da praticamente un intrico di linee chiare e scure, quando è illuminata da un altro raggio laser è in grado di visualizzare l’immagine originale in tre dimensioni. La tridimensionalità di tali immagini, comunque, non è l’unica caratteristica interessante degli ologrammi. Difatti se l’ologramma di un gatto viene tagliato a metà e …

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box gatto schrodinger - Il mio gatto odia Schrodinger
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Il mio gatto odia Schrodinger

Titolo: Il mio gatto odia SchrodingerSottotitolo: Capire la fisica quantistica e l’universo, meglio di un arguto felinoAutore: Luca Montemagno Link Amazon Kindle: Il mio gatto odia SchrodingerLink Amazon Cartaceo: Il mio gatto odia SchrodingerLink Google Play: Il mio gatto odia SchrodingerLink iTunes: Il mio gatto odia Schrodinger Scrivere una recensione super partes per un proprio libro è sempre arduo, però vi assicuro “Il mio gatto odia Schrodinger” è un libro da leggere. Per la sua ironia, per quanto risulta essere coinvolgente, per la cultura scientifica (ma anche felina) che infonde. Ho provato a farne leggere il contenuto ad amici, parenti, genitori, gatti, e vi assicuro: è stato un delirio (soprattutto nell’ultimo caso). Molti hanno cominciato finalmente ad appassionarsi all’argomento, altri, caduti preda di crisi mistiche, hanno cominciato a farcire golosamente la propria libreria di libri d’approfondimento. Altri ancora hanno miagolato timidamente. Qualcuno ha soffiato temerariamente. La sinossi recita così: Un viaggio semiserio, ma profondo, alla scoperta dei concetti fondamentali e dei misteri insiti nella fisica quantistica. Una incursione nei meandri dei paradossi e dei fenomeni più anomali della fisica moderna, verso una nuova visione dell’universo e delle cose. Lo spaziotempo, la relatività, l’universo, i buchi neri e i principali paradossi della fisica dei quanti, vi saranno …

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fibra ottica - Teletrasporto quantistico: entanglement di fotoni su reti in fibra ottica riuscito
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Teletrasporto quantistico: entanglement di fotoni su reti in fibra ottica riuscito

Due gruppi di ricerca sono riusciti a realizzare il primo passo per la realizzazione di reti telematiche quantistiche: un teletrasporto quantistico. Il tutto sfruttando l’entanglement di fotoni su reti in fibra ottica nella città di Hefei, in Cina, e e di Calgary, in Canada. Ma cos’è l’entanglement? Il fenomeno dell’Entanglement, termine traducibile con qualcosa del tipo “intreccio-non-separabile” (ma che sta tra l’altro anche a significare “situazione imbarazzante”), è un fenomeno quantistico in cui lo stato quantico di due oggetti, risulta strettamente dipendente l’uno dall’altro, anche se questi oggetti sono separati spazialmente. Mi spiego meglio. L’esempio classico usato per descrivere questo strano fenomeno, è un sistema costituito da due particelle (tipicamente due elettroni appartenenti allo strato più esterno di un atomo o di una molecola), che hanno la caratteristica di mantenere sempre i loro spin in direzione opposta. Immaginate l’atomo ed il suo nucleo, ed immaginate che la zona attorno a quest’ultimo non possa contenere che al massimo due elettroni. Per di più le particelle, per condividere questo spazio, hanno bisogno di girare in versi complementari (una deve girare in un senso [spin-su], l’altra deve girare in modo opposto [spin-giù]). Il fenomeno della non-località, l’entanglement, è qualcosa di a dir poco bizzarro, tanto che …

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demone - Il demone di laplace, un essere prodigioso
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Il demone di laplace, un essere prodigioso

Immaginate qualcuno che conosca la posizione e il momento di ogni singola particella dell’Universo. Un essere prodigioso che abbia un intelletto così potente e veloce da poter “vedere” contemporaneamente tutte le interazioni reciproche tra tutte le particelle dell’Universo. Questo oscuro figuro potrebbe essere in grado di vedere il futuro di ogni cosa? Ebbene, Pierre Laplace nel 1814 ipotizzo proprio un essere del genere, un demone che ha preso il nome di “demone di Laplace”. Consideriamo lo stato presente dell’universo come conseguenza del tuo passato e il futuro. Se un intelletto ad un certo punto diventa consapevole di tutte le forze che mettono la natura in movimento, e la posizione di tutti gli elementi di cui è composta la natura, e se questo intelletto è abbastanza grande di presentare tali dati per l’analisi, Egli dovrebbe includere in un’unica formula i movimenti dei corpi più grandi dell’universo e anche l’atomo più diminutivo; per tale intelletto, nulla sarebbe incerto e il futuro, così come il passato, vuoi essere alla portata dei tuoi occhi. Pierre Simon Laplace Secondo la fisica quantistica però gli eventi non sempre hanno una causa. Il decadimento radioattivo, per esempio, può accadere spontaneamente. Inoltre è stato recentemente proposto un limite sull’efficacia di calcolo …

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