Domande banali sui campi elettromagnetici

From: Elio Fabri <mc8827_at_mclink.it>
Date: 1998/06/24

"fr" (piu' anomino di cosi' :-)) ) ha scritto:

> A dire la verita' non ho mai fatto domande fantasiose e
> campate per aria come quelle che ho proposto nel n.g. al mio
> professore.
Prendo atto, anche dell'improbabile ordine dei complementi :-))
Ma ormai il tema l'hai fatto...

> Mi sono limitato a domande di cui io potessi cercare capire
> la risposta. Ho deciso di ascoltare il suo consiglio ed ho
> deciso di preparare una ricerca sulla crisi della fisica
> classica per l'esame di maturita'.
Ci risiamo con l'ordine...
Ma scherzi a parte, io vorrei sapere che hanno in testa questi
professori...
"La crisi della fisica classica". M'hai detto un piffero!
Ecco perche' io non sono mai andato a fare il presidente di commissione:
come mi comporterei se mi trovassi davanti casi del genere?

> Mi rimangono, pero', parecchi dubbi.
Questo depone a tuo favore...
Scusa se sono un po' cattivo, ma visto che tu un po' capisci in che
razza di problemi ti vuoi immergere, non ti voglio scoraggiare, ma solo
obbligarti a un esercizio di modestia.
Stiamo parlando di questioni che hanno impegnato per decenni alcune fra
le piu' grandi menti dell'umanita' ... e ora tu andrai a farci su due
chiacchiere davanti a una commissione che nella totalita' o quasi ne
capisce quanto te, se non meno.
E questa si chiama maturita'? cultura?
Si capisce che sono anche un po' incazzato?
Naturalmente non ce l'ho con te: a te chiedo solo di prendere atto di
come stanno le cose, e di prepararti a lavorarci duro per molti anni, se
davvero vorrai capirci qualcosa.

> Ma alla fine 'sto elettrone irraggia o no?
Cosi' la domanda e' mal definita.
In certe condizioni irraggia, in altre no. Che vuoi sapere?
Tiro a indovinare: stai parlando di un elettrone in un atomo, per es.
idrogeno, e ti riferisci al problema del modello di Rutherford.
Se un elettrone percorre un'orbita (circolare, o ellittica, o come sia)
come mai non perde energia e non finisce per cadere sul nucleo?
E' quello che si chiama il "problema della stabilita' degli atomi".

Allora: proviamo a capovolgere l'approccio.
E' un dato di fatto che gli atomi esistono, e che hanno certe
dimensioni, sempre le stesse per un dato atomo (pensa ai cristalli).
Quindi sono stabili.
D'altra parte e' certo che la carica positiva e' piccola (nucleo) e gli
elettroni stanno intorno.
La fisica costruita nell'800 porterebbe a prevedere che un tale sistema
dovrebbe essere instabile? Bene: vuol dire che in quella fisica c'e'
qualcosa di sbagliato.
La spiegazione sta nel costruire una diversa fisica (la meccanica
quantistica). E sarebbe un altro discorso.

Ti diro': se nell'ipotesi irrealistica che mi trovassi a far parte di
una comm. di maturita', e mi capitasse davanti un ragazzo capace di
spiegarmi per bene questo ragionamento, citando magari i fatti
sperimentali cui ho solo accennato; e se alla mia domanda "e allora come
si spiega?" mi rispondesse "questa e' la m.q., ma io non sono arrivato a
capirla", io sarei piu' che soddisfatto.

> Dire che le equazioni di Maxwell sono non invarianti rispetto
> alla relativita' galileiana e' la stessa cosa che dire che la
> velocita' della luce non varia in qualsiasi sistema di
> riferimento?
In realta' il discorso fatto cosi' non e' chiaro.
Dire che le eq. di Maxwell sono invarianti rispetto alle trasf. di
Galileo significa ammettere validi insieme i due seguenti fatti:
a) passando da un rif. inerziale a un altro, le velocita' (tutte) si
trasformano al modo galileiano
b) tutti i fenomeni e.m. si svolgono secondo le stesse leggi (eq. di
Maxwell) in tutti i rif. inerziali.
Ora dalla eq. di M. segue che le onde e.m. nel vuoto hanno vel. c: se e'
vero b), cio' deve valere in tutti i rif. inerziali, e questo
contraddice a).

La proprieta' b) puo' essere vera o no (si puo' sperimentare) anche
senza sapere quali sono le "corrette" formule di trasformazione.
La proprieta' a) dice qualcosa su come cambiano le velocita' da un rif.
all'altro, quindi insegnano qualcosa sulle formule di trasformazione.
Da quello che ho detto, segue che se e' vera b) non puo' essere vera a),
e viceversa.
Percio' la risposta alla tua domanda e': non e' la stessa cosa, ma se la
vel. della luce non varia, certamente la trasf. fra riferimenti
inerziali non si puo' fare al modo di Galileo.

Non so se sono stato chiaro; ci vorrebbe un discorso ben piu' lungo per
chiarire che secondo me c'e' un modo improprio di formulare certe
questioni, che traspare da quello che hai scritto, e certo non ti sei
inventato tu...

> Ma la relativita' e' classica o no?
In parte e' solo questione di definizioni; in parte dipende da dove
metti l'accento.
C'e' chi ritiene che la relativita' faccia parte della rivoluzione della
fisica che ha avuto luogo in questo secolo, e che ha anche profondi
risvolti filosofici: allora la relativita' non e' classica, perche' si
fa terminare la fisica classica con la fine del secolo scorso (piu' o
meno).
Per un altro aspetto, si puo' vedere la relativita' come la conclusione
di un processo iniziato con la costruzione dell'ottica e
dell'elettromagnetismo nel secolo scorso; si contrappone la relativita'
alla m.q. nel senso che nella seconda si mette in discussione il
determinismo, ci si pone il problema della relazione fra concetti della
fisica e proprieta' del mondo reale, ecc. Mentre tutto questo non tocca
la relativita' (e non a caso, Einstein non e' mai arrivato a condividere
la rivoluzione quantistica).
Allora la relativita' (anche generale) e' vista come l'ultimo capitolo
della fisica classica.

Se vuoi la mia opinione, e' un problema che non mi appassiona; anche
perche' elementi rivoluzionari ci sono anche prima della fine del secolo
scorso (per es. la meccanica statistica) e d'altra parte le concezioni
sulla struttura della materia hanno continuato a cambiare profondamente
anche ben avanti in questo secolo. Si potrebbe quindi parlare di
"rivoluzione continua"...

> A proposito di studio, poi, vorrei sapere se esiste un libro
> di fisica, non a livello divulgativo, che possa introdurre un
> studente di V liceo scientifico nel mondo della "vera
> fisica".
Se sei davvero interessato alla vera fisica, e non alle banalizzazioni
divulgative, e se sei disposto a studiare, non a leggere, prova a
guardare "La fisica di Feynman".
Intendiamoci: e' un testo universitario, e non e' considerato facile per
gli studenti dei primi anni. Ma le difficolta' non stanno nella
matematica, bensi' nei ragionamenti. Potrebbe fare al caso tuo, se hai
coraggio...
Magari prima di comprarlo cerca di guardarlo in qualche biblioteca,
cosi' se non ti va eviti la spesa ;-)
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Elio Fabri
Dip. di Fisica
Universita' di Pisa
Received on Wed Jun 24 1998 - 00:00:00 CEST