il mezzo delle onde E-M

From: Valter Moretti <moretti_at_science.unitn.it>
Date: 1998/06/11

Enrico Borghi ha scritto:

> Secondo me il campo elettromagnetico non pu� essere considerato un oggetto
> fisico,
> perch� non � osservabile.
> Non esistono strumenti che misurino direttamente il
> campo elettromagnetico, anche se alcuni sono convenzionalmente definiti
> tali,
> perch� ci� che � osservabile � la forza elettromagnetica, non il campo.

Non sono mica d'accordo.

Dato che il campo E-M e' definito come il rapporto tra la forza
ed il valore della carica di prova (con tutte le varie richieste fisiche
annesse e connesse) la misura della forza fornisce una misura
del campo. Comunque ci sono altri modi piu' indiretti.
 
La forza poi come la misuro? Con un dinamometro, allora la forza
non e' un oggetto fisico? perche'a rigore io vedo una "lunghezza" sul
dianmometro... Non funziona...Secondo me hai una definizione troppo
stretta di "osservare direttamente".


> Infatti, se il campo non � osservabile, affermare che esso � un oggetto
> fisico
> contrasta con una proposizione di base della Fisica, secondo cui non devono
> essere considerate come oggetti fisici (il che equivale a dire che non
> devono essere
> considerate fisicamente esistenti) entit� che non possono essere osservate.

Questo e' un discorso molto pericoloso se preso come cardine.
I quarks esistono? Tieni conto che non possono essere osservati
"direttamente" a causa del confinamento.
Piu' semplicemente, la lagrangiana di un sistema fisico esiste?
L'hamiltoniana? (quest'ultima non e' la semplice energia che in linea
di principio la misuro, ma e' una funzione delle p e delle q che devo
mettere nelle eq. di Hamilton). In generale gli enti *teorici*
di una teoria, che non posso osservare direttamente, esistono?
Se non esistono ed esistono solo gli enti che misuro direttamente,
i secondi obbediscono a leggi che, includendo i primi, "non esistono"?
Un po' dura da mandare giu'.

> Veniamo ora alla quantizzazione del campo elettromagnetico.
> Il risultato della quantizzazione � la comparsa dei fotoni, particelle
> dotate
> di energia, momento, momento angolare, spin, tutte quantit� misurabili, e
> perci�
> i fotoni sono fisicamente esistenti. Se il campo elettromagnetico �
> anch'esso
> un oggetto fisico, in che relazione pu� essere posto con i fotoni?
> Proviamo a fare ipotesi:
> 1) Il campo e.m. � un oggetto fisico che coesiste con i fotoni. Risultato:
> che
> confusione!
> 2) il campo e.m. � costituito di fotoni, che, come abbiamo detto, sono
> particelle
> fisicamente esistenti e quindi il campo stesso � fisicamente esistente.
> Ma allora perch� non � osservabile?
> (Per inciso, e a scanso di malintesi, vorrei aggiungere che, dal mio punto
> di
> vista, la proposizione "il campo elettromagnetico � costituito di fotoni" �
> un
> nonsenso, perch� un oggetto matematico non pu� essere costituito di
> particelle
> fisiche!)
>

Non c'e' alcuna confusione basta stare attenti ai termini che si
usano. I fotoni sono UNO dei modi con qui si rivelano gli stati del
campo elettromagnetico inteso come sistema quantistico.
In quest'ottica quantistica, quello che si chiamava campo
elettromagnetico classico altro non e' che il valor medio
dell' "operatore di campo elettromagnetico" quando il campo
*quantistico* si trova in particolari stati che ammenttono valori
*finiti* per tali medie. Piu' o meno "stati coerenti".

> Prendendo ispirazione dal campo elettromagnetico i fisici hanno introdotto
> numerosi altri campi capaci di descrivere le propriet� di altre particelle.
> Ad esempio, il campo bispinoriale di Dirac descrive le propriet� degli
> elettroni (positoni/negatoni).

Ecco questo non lo osservi nemmeno come valor medio su stati
coerenti, perche' violerebbe la causalita'. Puoi osservare solo
le "correnti" costruite con tale campo...

> Ma ecco il punto: dobbiamo dire DESCRIVE, e quindi assumiamo che sia un
> oggetto
> matematico (definito nel campo complesso), oppure dobbiamo dire che esso �
> un
> oggetto fisicamente esistente? Ma come potrebbe esserlo, visto che � una
> quantit� complessa?
> Oppure, altro esempio: il campo scalare e complesso di Klein-Gordon �
> fisicamente
> esistente (ma come potrebbe?) o � anch'esso un oggetto matematico non
> osservabile capace di DESCRIVERE qualcosa di fisicamente esistente (insieme
> di particelle dotate di massa e carica e prive di spin)?
>

In linea di principio il campo scalare di K-G e' "degno" di essere
osservato quanto il campo E-M. Non sono un particellare, per cui non so
nella pratica se e come puo' essere osservato o no. Il fatto che sia
complesso non mi sembra un problema, se misurero' qualcosa,
misurero' la parte reale e quella immaginaria oppure il modulo e
la fase.

 
> Campi reali o complessi, campi scalari, vettoriali, tensoriali,
> spinoriali.... Secondo me
> non sono oggetti fisici.

 Bisogna vedere cosa intendi per "fisici" perche' non lo hai
 chiarito. Comunque, secondo me, hai una visione troppo stretta.

 Inoltre, non capisco perche' tu consideri le particelle
 piu' reali del campo. Hanno proprieta' talmente strambe e
 non puoi pensarle come palline e questo lo sai bene!

 Pensi le particelle piu' reali perche' delle particelle misuri
 l'impulso ed il momento angolare?
 Ma appena lo faccio per le particelle lo sto anche facendo
 per lo stato del campo che esse rappresentano, per *definizione*.

 Infine cosa terribile, appena accendi la gravita' il concetto di
 particella dipende dall'osservatore! Brutto no?
 Nello spazio di Minkowski se un osservatore inerziale vede
 un campo in uno stato di una particella ogni altro osservatore
 inerziale vedra' il campo nello stesso stato di una particella
 (e questo e' dovuto all'invarianza della teoria sotto il gruppo
 di Poincare') con parametri cinematicamente variati (impulso ecc..)
 in modo usuale.
 Appena c'e' curvatura (gravita') oppure consideri
 classi di osservatori piu' vaste e' tutto finito.
 Lo stato di vuoto di particelle per un osservatore inerziale
 e' visto come uno stato TERMICO con infinite particelle ad una certa
 temperatura, per un osservatore uniformemente accelerato
 (moto unidimensionale, con accelerazione costante nel sistema
 inerziale istantaneo). Questo, l'osservatore accelerato, in linea
 di principio, lo puo' verificare portandosi dietro un termometro...
 

  Ciao, Valter

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 Valter Moretti,
 Department of Mathematics
 and INFN, Trento University
Received on Thu Jun 11 1998 - 00:00:00 CEST