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QED di R. Feynman

Esperimenti con Scratch sulla teoria corpuscolare della luce come viene presentata nel libro "QED" di Richard Feynman.

QED 01sp35libro FeynmanDopo aver letto il libro "QED" di Richard Feynman, scritto per divulgare alcuni risultati della sua teoria applicata alla meccanica quantistica, ho deciso di provare a riprodurre quanto lì descritto usando Scratch.

Con la presunzione di mostrare che Scratch non è solo roba da bambini (nota 1) ho realizzato questo progetto"QED 01: lamina sottile" per provare a ricostruire il comprtamento della luce monocromatica su una lastra di vetro sottile.

 

La luce ha caratteristiche ondulatorie o corpuscolari? 

Nelle lezioni sulla QED (Quantum Electro-Dynamics) Feynman mostra che molti fenomeni che riguardano la luce si possono spiegare anche con la teoria corpuscolare inventandosi il marchingegno dell’orologio associato al fotone (nota 2).

tasto2libro FeynmanIl libro "QED" di Richard Feynman prosegue con il capitolo "I fotoni: particelle di luce" nel quale si accinge a calcolare la probabilità che un fotone colpisca un rivelatore dopo essere sato emesso da una sorgente ed essere stato riflesso da uno specchio.

Non viene dato per scontato che sia solo la parte centrale dello specchio a produrre la riflessione ed, anzi, riprende quanto prevede la teoria quantistica: "Principio fondamentale: la probabilità che un evento si verifichi è data dal quadrato della freccia risultante ottenuta tracciando un freccia per ciascun modo in cui l'evento può avvenire e poi combinando (sommando vettorialmente) le frecce." (nota 1).

Il progetto "QED 02 specchi" è stato realizzato per gioco con lo scopo di vedere se Scratch si presta a realizzare delle animazioni per illustrare le operazioni descritte in questo capitolo.

La scheda seguente è stata scritta per illustrare le animazioni ai vari stadi mostrando il vettore (la lancetta dell'orologio di Feynman) che ruota avanzando permettendo così di ricavare la fase finale da usare per costruire la figura di probabilità fino a spiegare il reticolo di diffrazione.

 

libro FeynmanContinuando a scorrere il primo capitolo del libro "QED" di Richard Feynman, ad un certo punto leggo: "Adesso divertiamoci un po' e proviamo ad 'imbrogliare la luce', facendo in modo che tutti i percorsi richiedano lo stesso tempo".Schermata 2021 05 13 alle 165956

La figura a lato mostra che ci sono percorsi di lunghezza differente a seconda che ci si trovi vicino o lontano dalla retta
congiungente la sorgente con il rivelatore.

Feynman sta semplicemente proponendo di rallentare di più la propagazione dei fotoni che viaggiano in linea retta dalla sorgente al rivelatore e di meno quelli che sono un po' ai lati della retta congiungente.

Ovviamente sta facendo riferimento a quanto appena descritto nello stesso libro  per la luce che "va in linea retta ... ma non troppo" (argomento toccato nell'articolo "QED 04").

Si sa che il vetro ha la caratteristica di rallentare la propagazione dei fotoni (nota 1).

Se si dà una forma particolare ad una vetro si può realizzare l'idea di Feynman regolandone lo spessore in modo da rallentare di più il percorso più breve con un grande spessore e rallentare di meno il percorso laterale con uno spessore inferiore: è la forma della lente convessa.

luce rettalibro FeynmanUn quarto progetto di Scratch, sulla scia dei precedenti e con l'idea di completare i ragionamenti proposti sul libro "QED" da Richard Feynman ed. Adelphi, viene qui presentato per verificare se e perché la luce vada in linea retta e se sia sempre così.

Il metodo proposto da Feynman consiste nel "costringere i fotoni ad andare da un punto ad un altro seguendo parecchi percorsi" (pag. 78).

Feynman immagina di tracciare una linea verticale, il cui significato fisico è nullo, per realizzare la sua idea di costringere i fotoni a passare per tutti i punti della linea per andare dalla sorgente al rivelatore.

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