Re: Domanda sulla carica

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: Fri, 18 Apr 2003 20:55:35 +0200

Luca Carlon ha scritto:
> ah. Quindi all'interno di quello che io fino ad ora ho studiato con il nome
> di campo elettrico, nel caso in cui sia posta una carica, c'e' uno scambio di
> fotoni che porta le cariche a comportarsi nel modo che conosciamo? Ma allora
> all'interno di un atomo ci sono continui scambi di fotoni tra protoni ed
> elettroni? Oppure sto dicendo una stupidata?
Vedi, io quella risposta non te l'avrei mai data, anche se la conosco
fin troppo bene: tutti i libri divulgativi sono pieni di discorsi come
questo.
Il fatto e' che tu non sei in grado di capire in che senso (complicato,
e anche piuttosto discutibile) quel modo di esprimersi puo' essere
accettato, a che livello di analisi, ecc.
Forse non hai neppure la consapevolezza epistemologica dei diversi
livelli e ambiti d'interpretazione teorica che esistono nella fisica
(qualcosa del genere di cio' che Woodridge chiama "modelli", ma su
questo scrivero' un altro post).
Cerco di dirti qualcosa, ma non ti aspettare niente di profondo: il
mezzo non lo consente...

A un primo livello, la fisica dell'800 (anzi, iniziando gia' nel '700)
ha costruito uno schema esplicativo dei fenomeni elettrici, nel quale
esistono le cariche, tra le quali agiscono delle forze a distanza; e
questo lo sai. Per un certo tempo si pensa che la carica sia un "fluido"
imponderabile, esistente in due specie, ecc. Poi la "moda" dei fluidi
tramonta, ma che cosa sia la carica resta un problema aperto fino verso
la fine dell'800.
Intanto e' nato il concetto di campo elettrico (e magnetico) che nelle
mani di Faraday acquista consistenza: una specie di stato di tensione di
un qualche mezzo (quello che verra' chiamato "etere").
Come forse sai, Faraday guidato dalle sue intuizioni scopre una
fondamentale interazione tra fenomeni elettrici e magnetici: dopo la
scoperta di Oersted che le correnti producono campi magnetici, lui
scopre invece che una variazione di campo magnetico genera corrente
elettrica. Siamo ancora nella prima meta' dell'800.
Pian piano, col contributo di molti, le leggi generali delle relazioni
fra cariche e campi si precisano; e anche se nessuno *sa* che cosa sono
le cariche o i campi, diventa possibile mettere a frutto quelle leggi,
non solo per interpretare fenomeni noti, ma anche per scoprirne di
nuovi, e soprattutto per far partire quel grandioso sviluppo
dell'elettromagnetismo che contiene generatori, motori, telegrafo,
trasformatori, macchine elettriche di vario tipo, fino all'illuminazione
elettrica e alla trazione elettrica.
E' naturale che a questo punto molti fisici dicano: bene, non sappiamo
*che cosa sono cariche e campi*, ma accidenti, quello che sappiamo
funziona e come!
Nella seconda meta' dell'800 arriva Maxwell, il quale fa un altro passo:
sistema la struttura matematica delle leggi generali in una forma piu'
corretta e generale, e ne ricava che debbono esistere le *onde
elettromagnetiche* e che debbono viaggiare alla velocita' della luce.
Conclusione immediata: la luce consiste di onde e.m.
Le onde e.m. vengono trovate sperimentalmente, e inizia, pochi anni
dopo, l'era delle comunicazioni tramite onde e.m.: radiotelegrafo,
radiotelefono, ecc. ecc. ecc.

Fino a questo punto il quadro e' chiaro, soddisfacente, ha spiegato
molte cose, ha permesso molte invenzioni... Tutto bene.
Verso la fine dell'800 succedono cose nuove: la scoperta dell'elettrone
che porta all'affermazione della struttura "granulare" della carica
elettrica. Niente piu' fluido, ma tante minutissime particelle. E la
carica positiva? In un primo tempo non si sa che cosa sia e dove sia...
Ma la scoperta dell'elettrone obbliga a rivedere la teoria
elettromagnetica, interpretandola su scala microscopica. Pero' la teoria
in sostanza non cambia: le forze tra elettroni soddisfano sempre la
legge di Coulomb, modificata quando gli elettroni si muovono; si
chiarisce il modo come gli elettroni possono emettere o assorbire onde
e.m.
Ancora tutto bene, salvo che non si sa dove stiano le cariche
positive...

A questo punto arriva Planck, e comincia la "rivoluzione quantistica"
(siamo ormai al 1900). Ma il vero passo nuovo lo fa Einstein nel 1905,
quando dimostra che la radiazione e.m. deve consistere _di quanti
discreti_ (il nome "fotone" verra' introdotto parecchio dopo).
Poco dopo Rutherford scopre il nucleo atomico: la misteriosa carica
positiva... E subito cominciano altri guai: il modello atomico di
Rutherford sembra imposto dagli esperimenti, eppure non puo' stare in
se', letteralmente. Senza contare altri punti oscuri, sulle righe
spettrali, sulle proprieta' termodinamiche (calori specifici)...
Siamo arrivati alle soglie della teoria quantistica, e qui vorrei
fermarmi, perche' ho scritto tanto e non sono ancora arrivato ai fotoni
scambiati tra le cariche...
Dico solo che questa idea ha a che fare con un altro passo
dell'interpretazione teorica: la cosiddetta "elettrodinamica
quantistica". Siccome su questo ho gia' scritto tempo fa, prova a dare
un'occhiata a
http://www.df.unipi.it/~fabri
e cerca "Breve storia dell'elettrodinamica quantistica". Qualcosa
dovresti riuscire a capire...

Ma perche' ho scritto tutto questo? Solo per mostrarti che la tua
domanda ha una risposta assai complessa, e che chiunque ti risponda con
fotoni scambiati o frasi equivalenti ti sta solo prendendo in giro, nel
senso che non hai gli strumenti concettuali per capire di che cosa si
tratta: non potrai che fartene un'idea falsa.
Altri su questo punto la pensano diversamente; ma io la penso cosi'.
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Elio Fabri
Dip. di Fisica "E. Fermi"
Universita' di Pisa
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Received on Fri Apr 18 2003 - 20:55:35 CEST

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