Re: Spettro della luce solare

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Sun, 01 Aug 2004 20:55:37 +0200

La ceraia ha scritto:
> ...
> La domanda � semplice: cos'� un fotone?
Come no... Semplicissima :-))

(Parentesi: qui parlate sempre e solo di fotoni. E' dunque bene
sottolineare che tutta la discussione si puo' fare pressoche'
inalterata per gli elettroni, i protoni, le molecole: perfino per il
fullerene C60.)

> ...
> Quello che mi chiedo �: ma fino a che punto � giusto considerare i
> fotoni come onde elettromagnetiche circoscritte? Non dovrebbero essere
> meglio rappresentati da particelle puntiformi?
Ne' l'una ne' l'altra, ovvero anche tutt'e due.
Mi spiego dopo.

> La domanda vera e prorpia �: nella rappresentazione a mezzo di
> pacchetti d'onde, questi ultimi che estensione hanno nello spazio?
> Quanto sono lunghi? Quanto larghi? Ha senso parlare di dimensioni dei
> fotoni?? A me sembra che non l'abbia, ma se li rappresentiamo come
> pezzi di onde allora il senso c'�, poich� di un campo
> eletttromagnetico posso prendere un pezzo in vari modi. La lunghezza
> dovrebbe essere data dal tempo di emissione, ma la larghezza?? Se cio�
> il fotone � una specie di cilindro che viaggia a velocit� c, allor a un
> fascio cilindrico di direzioni sar� coinvolto nel suo moto. Oppure �
> unidimensionale? Cio� � un'onda che oiscilla in una sola dimensione ed
> al di fuori di essa il fotone semplicemnte non esiste?
O questo e' un caso di telepatia, oppure tu e "nessuno" siete una sola
persona. :-)

Giacomo Ciani ha scritto:
> ...
> Intanto un rivelatore vedr� o non vedr� il fotone, non pu� vederne
> mezzo. Quindi se lo vede x_1, non lo vedono gli altri.
OK

> Il punto � per�: finch� x_1 non l'ha effettivamente visto, come fai a
> sapere che il fotone viaggia nella direzione x_1?
Uhmmm

> Potresti pensare di "collimarlo" mettendo una lastra forata ad una
> certa distanza dalla sorgente, definendo cos� un intervallo molto
> piccolo (tanto pi� piccolo quanto pi� piccolo � il foro) di direzioni
> che hanno i fotoni uscenti (mettiamo l'asse Z di un sistema di
> coordinate cartesiane allineato con la direzione sorgente
> puntiforme-centro del foro).
> Mettendo la lasta forata hai per� in qualche modo "misurato" la
> posizione dei fotoni (lungo x e y, non z) che passano, e sai quindi
> che per il principio di indeterminazione tanto pi� precisamente lo fai
> (con un foro pi� piccolo) tanto meno precisamente saprai che
> componente di impulso hanno tali fotoni lungo l'asse x o y. Ma allora
> dopo il foro (cio� dopo al misura) i tuoi fotoni si propagheranno in
> direzioni diverse da quella originale...
Sai che cos'e' che non va in quello che hai scritto?
Hai usato troppo il verbo "sapere".

Intendiamoci: hai dato una spiegazione molto "ortodossa", nel senso
che la trovi frequentemente. Ma nella migliore delle ipotesi e'
antiquata, o per dir meglio superata. Un conto e' se queste cose le
diceva Heisenberg prima che io nascessi, e un altro conto e' dirle
ancora oggi...

Mettere un diaframma forato non e' una misura: e' una precisa modifica
dello stato dei fotoni.
E' verissimo che i fotoni che sono passati per quel foro non possono
avere un impulso ben definito (come vettore) ma "sparpagliato" entro
un angolo dell'ordine di l/d (l lunghezza d'onda, d diametro del foro).

nessuno ha scritto:
> Ma una volta che � stato visto, ha senso dire che la sua direzione
> fosse effettivamente quella?
Se la direzione fosse un "elemento di realta'" per il fotone (per
esprimersi ancora una volta come Einstein) la risposta dovrebbe essere
si'.
Ma la m.q. nega questo.
La misura fatta col rivelatore dice solo che hai visto un fotone in
quel posto. Non ti autorizza ad asserire che "quindi" il fotone era
stato emesso con quella direzione.
Ne' ti autorizzza a pensare che in partenza il fotone dovesse avere
una qualche direzione (Nadelstrahlung...)

> Capisco quello che vuoi dire, ma "la ceriera" chioedeva se avesse
> senso om eno parlare di fotone come un punto materiale o come un filo
> o come un cilindo: insomma 1, 2 o 3 dimensioni!
> E me lo sono chiesto pi� volte anche io, ma mai nessuno mi ha risposto
> ad oggi.
La risposta deve partire da un'affermazione: i fotoni (ma anche
elettroni ecc.) sono _oggetti quantistici_.
Ogni tentativo di descriverli con modelli classici e' condannato al
fallimento o quanto meno a pericolosi equivoci. Potra' funzionare (un
modello) in certi casi, ma non funzionera' in altri.

Io posso dire (con Feynman) che i fotoni sono particelle, ma a
condizione che vi mettiate bene in testa che sono particelle con
proprieta' del tutto diverse dalle palline da ping-pong, dai pallini
da caccia, dai granelli di sabbia...

Sono particelle, perche' vengono emesse e assorbite individualmente.

Pero' occupano estensioni spaziali e temporali finite e grandi a
piacere; possono passare "contemporaneamente" da due o piu' fenditure,
essere deviati allo stesso tempo da un numero immenso di atomi,
riflettersi (un unico fotone) su due specchi distanti parecchi metri.
E chi piu' ne ha piu' ne metta...

> ...
> E qui probabilmetne mi attirer� le maledizioni di Elio e di chinque
> altro abbia un po' di familiarit� con la MQ: secondo me, _in
> generale_, il fotone � tridimensionale; infatti pensarlo come
> monodimensionale significherebbe averlo "perfettaemente" localizzato
> lungo le direzioni ortogonali a quella di propagazione... ma allora
> avrebbe lungo tali direzioni impulso arbitrario, il che implica che
> tale situazione, se anche fosse possibile, potrebbe mantenersi solo
> per un istante...
E perche' dovrei addirittura mandarti maledizioni? :-)
Il problema e' solo che con te posso essere d'accordo, ma chissa'
"nessuno" come interpreta...

nessuno ha scritto:
> Ma se il fotone non � unidimensionale, allora se i rivelatori fossero
> piccolissimi e vicinissime, pi� rivelatori rivelerebbero un unico
> fotone (bello ciotto come un salsicciotto) .-)
Niente affatto: *un solo rivelatore* segnalerebbe l'arrivo del fotone.
Solo che ripetendo la prova vedresti che non e' sempre lo stesso
rivelatore, ma ora uno ora l'altro,

> Non vogli che mtentiate di farmi capire cose sottili e profonde sui
> fotoni,
Caro mio, queste *sono* cose sottili e profonde...
Non ci sono vie di mezzo, purtroppo.

> ... chiedo solo se considerarli come delle onde unidimensionali, come
> dei segmenti di lunghezza deltax, viaggianti a velocit� c in ogni
> direzione, possa essere un approccio accettabile.
Sicuramente no.

> Insomma, vorrei evitare di limitarmi a pensare: sonop particelle
> puntiformi di massa zero. Vorrei introdurre il concetto di pacchetto
> d'onda per rappresentarli (spesso � utile, lo so benissimo poich� lo
> vedo ovunque) e vorrei sapere solo questa benedetta onda localizzata,
> con tutte le approssimazioni del caso, cosa effettivamete sia da un
> punto di vista strettamente fisico (n� filosofico, n� troppo
> sottilemnte "quantisdtico")
Il fatto e' che non c'e' una risposta unica: dipende dalle condizioni
sperimentali.

Un fotone che esce da un lampada al sodio puoi pensarlo lungo qualche
decina di cm; uno emesso da un laser di alta qualita' puo' essere
lungo 1000 km.
Se il fotone ha attraversato una fenditura larga 0.1 mm, questa e' la
sua larghezza, per un po'; poi aumenta.
Un fotone che viene ricevuto da un interferometro stellare e da'
interferenza, dimostra di esser largo parecchi metri.

Un fotone emesso da un atomo isolato nello spazio, non ha neppure una
larghezza: occupa tutte le direzioni e si allarga come una sfera
(finche' non interagisce con qualcosa).
All'inizio e' grande come l'atomo, poi...

Lettura per le vacanze (ma e' molto breve):

http://www.df.unipi.it/~fabri/divulgazione
"Quanto sono strani i fotoni!"

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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Received on Sun Aug 01 2004 - 20:55:37 CEST

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