La fisica del XX secolo, con le teorie della Relatività e della Meccanica Quantistica, ha cambiato radicalmente la visione del mondo che ci circonda. Dallo spazio e tempo assoluti e indipendenti si è passati ad una descrizione di un mondo in cui distanze
ed intervalli di tempo dipendono da chi le osserva, in cui l’ordine di accadimento di due eventi non è sempre univoco, in cui la velocità del tempo segnato da un orologio dipende da quali corpi si trovino vicino. Nel microscopico si è invece abbandonata la descrizione
della fisica classica, magari caotica, ma sempre deterministica, per arrivare ad una descrizione probabilistica, in cui gli stati e le proprietà del mondo microscopico non sono determinati, a priori, intrinsecamente, ma acquisiscono realtà solo se vengano
misurati o se entrino in contatto con altri “oggetti”. L’abbandono della realtà locale, del fatto cioè che le azioni esercitate in un luogo, per particolari sistemi, possono avere effetti istantanei su oggetti a distanze virtualmente infinite, stravolge
la descrizione di un mondo che fino al secolo scorso sembrava sensato e ragionevole. Nel corso verranno descritte le principali caratteristiche di queste due teorie, come abbiano cambiato il concetto del nostro universo e delle possibilità di conoscerlo,
e come abbiano influito nella vita quotidiana.
La visione del mondo della Relatività e della Meccanica Quantistica
Sapienza University of Rome via Coursera
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Overview
Syllabus
1. Settimana: Il punto della situazione
1.1. Il XX secolo: nascono due nuove teorie fisiche.
Il punto della situazione.
La scienza agli inizi del ‘900.
1.2. Alcune cose non tornano
La velocità della luce.
Magneti e correnti elettriche.
1.3. Il problema delle asimmetrie nei fenomeni elettro-magnetici
Altre cose che non tornano.
Le soluzioni a questi problemi.
Elettromagnetismo e luce.
- Lezioni e Homework disponibili dal 10.3
2. Settimana: La teoria della Relatività Speciale
2.1. A. Einstein 30.6.1905.
Trasformazioni di coordinate.
Sistemi di riferimento.
SdR inerziali.
La relatività di Galileo.
2.2. Relatività Speciale 2
I principi della RS.
Lo spazio tempo di Minkowski.
Le trasformazioni di Lorentz.
Come cambia il mondo.
2.3. Relatività Speciale 3
Contrazione delle lunghezze.
Dilatazione dei tempi.
Il mistero dei mesoni mu.
- Lezioni e Homework disponibili dal 17.3
3. Settimana: E=mc^2 e la Relatività Generale
3.1. E=mc^2.
3.2. Un problema difficile: la gravità
Massa inerziale e Massa gravitazionale.
L’ascensore di Einstein.
Il principio di equivalenza.
Lo spazio-tempo curvo.
3.3. Lo spazio-tempo è curvato dalle masse
Le equazioni di Einstein.
La metrica.
Le conseguenze su tempi e lunghezze.
Effetti misurabili e quotidiani.
- Lezioni e Homework disponibili dal 24.3
4. Settimana: Gli inizi della meccanica quantistica.
4.1. Fatti che non tornano, o che non si spiegano.
Spettri di emissione e di assorbimento.
4.2. M. Planck e A. Einstein
19.10.1900: nasce la MQ – Planck.
Lo spettro del corpo nero.
La radiazione è scambiata per quanti indivisibili.
17.3.1905 – Einstein – L’effetto fotoelettrico.
1912 - N. Bohr – Le orbite atomiche sono quantizzate.
4.3. L. de Broglie - le particelle sono anche onde.
1924 - de Broglie: la lunghezza d’onda associata ad ogni particella.
Onde.
Effetti strani delle onde.
Diffrazione e interferenza.
de Broglie spiega la quantizzazione delle orbite atomiche.
- Lezioni e Homework disponibili dal 31.3
5. Settimana: La MQ, passi successivi nella costruzione della teoria.
5.1. La funzione d’onda, com’è.
Perché spesso non si vedono gli effetti quantistici.
Schrödinger e Heisenberg, gli ultimi tasselli della teoria, per il momento.
5.2. La funzione d’onda, come funziona.
Funzione d’onda e la probabilità.
L’ampiezza di probabilità.
L’equazione di Schrödinger.
5.3. Il Principio di Indeterminazione – Le due fenditure
1927: Heisenberg.
Qualche calcolo.
Un esperimento tipicamente quantistico: le due fenditure.
Proiettili – Onde – Elettroni.
- Lezioni e Homework disponibili dal 7.4
6. Settimana: L’esperimento con le due fenditure
6.1. L’interferenza di un elettrone con se stesso.
Heisenberg e le due fenditure: non posso sapere da dove è passato l’elettrone.
6.2. La funzione d’onda e la misura - L’effetto tunnel
Come “funziona” la f.d.o.?
L’effetto tunnel.
6.3. La sovrapposizione delle soluzioni
Il gatto di Schrödinger.
- Lezioni e Homework disponibili dal 14.4
7. Settimana: Einstein, Podolski e Rosen mettono in crisi la MQ
7.1. 25.3.1935 - La meccanica quantistica è completa?
La polarizzazione della luce.
Il polarizzatore.
Il polarizzatore se ho un solo fotone.
7.2. Autovalori e autostati.
La funzione d’onda di due stati sovrapposti.
7.3. Misure ideali con due fotoni
Stati entangled (interlacciati).
Realismo e località.
L’argomento EPR.
Le necessarie conclusioni: La MQ è incompleta.
- Lezioni e Homework disponibili dal 21.4
8. Settimana: J. Bell
8.1. 1964 – J. Bell propone un esperimento per verificare la località della realtà.
Le previsioni di Bell.
8.2. La realtà non è locale
1982 – A. Aspect fa l’esperimento
La realtà non è locale.
La MQ è completa.
Cosa ci si può fare con dei fotoni interlacciati.
8.3. Un piccolo riassunto di quello che abbiamo fatto.
La visione del mondo.
Il modello standard.
La cosmologia.
- Lezioni e Homework disponibili dal 28.4
- Prova Finale disponibile dal 5.5
Taught by
Carlo Cosmelli
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