Cerca

modulo attività

modulo tecnica

Login Form

QED 01sp35Dopo 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).

 

Nei progetti realizzati con Scratch il fotone è uno sprite rappresentato da un puntino minuscolo che si muove sullo stage per linee rette.

Il fotone viene emesso da una sorgente S rappresentata da un altro sprite. 

L’apparato sperimentale può comprendere lastre trasparenti, specchi, schermi, fenditure ed un rivelatore di fotoni R.

Tutti questi apparecchi sono altrettanti sprite.

Il fotone viene sempre costretto ad effettuare un cammino che è un percorso che parte dalla sorgente ed arriva al rivelatore lungo strade che dipendono dall’apparato in esame.

 

Uno sprite speciale è dato dall’orologio di Feynamn, che è poi un vettore che ruota mentre avanza ad una velocità fissa accompagnando il fotone.

Ruotando mentre avanza, questo vettore cambia in continuazione l’orientamento che negli esperimenti viene chiamato “fase”.

La base di tutti gli esperimenti è data dall’angolo posseduto da questo vettore quando tocca il rivelatore dopo aver percorso l’intero cammino esaminato: la fase finale.

La valutazione della probabilità che un fotone si presenti sul rilevatore in una data configurazione sperimentale si desume dal quadrato del modulo del vettore risultante.

Per ricavare questa probabilità e necessario fare percorrere al fotone “tutti i cammini possibili” e se non tutti, almeno molti e comunque più di un singolo cammino in modo che vengano esplorati almeno quelli ritenuti rilevanti.

L’esame di un singolo cammino non porta informazioni sulla probabilità che si sta cercando.

Anzi, la luce non si propaga in linea retta (QED p78) e se gli ostacoli o le fenditure sono piccoli in relazione alle dimensioni del fotone (precisamente della sua lunghezza d’onda) la luce si diffonde in ogni direzione (che è poi una conseguenza del “principio di indeterminazione”).

Occorre invece percorrere più cammini affinché si possa trovare questa probabilità e la scelta è stata quella proposta da Feynman stesso: considerare un fascio di percorsi importanti (p75) nell’intorno del cammino diretto in modo che la luce abbia la possibilità di esplorare almeno una parte degli infiniti cammini disponibili.

Cammini molto lontani dalla direttrice principale tendono a dare contributi insignificanti alla costruzione del vettore finale o a compensarsi ed elidersi a vicenda.

Si comincia con il primo capitolo nel quale si mostra il metodo dei cammini applicato ad una lastra di vetro sottile per spiegare lo strano comportamento della luce che si distende in molti colori nelle pozzanghere sporche di gasolio o che non si riflette se è monocromatica se lo spessore non lo permette.

 

Il vettore risultante è costruito sommando i contributi dei vettori finali di ciascun cammino esaminato.

Questa somma vettoriale viene eseguita per mezzo di uno sprite apposito che al temine di ogni cammino si posta di un’entità pari al modulo del vettore in una direzione che è quella della fase finale a partire dalla posizione precedentemente assunta.

Questo movimento costruisce la poligonale dei vettori.

Al termine dell’esplorazione si misura la distanza del punto finale dal punto di partenza “O” per ricavare il modulo il cui quadrato viene registrato in una lista.

La lista dei quadrati dei moduli è la lista delle probabilità che il fotone raggiunga il rivelatore R al variare di una condizione dell’apparato sperimentale.

Al termine dell’esperimento, alcuni più impegnativi possono durare alcune decine di minuti, si può disegnare la curva delle probabilità per verificare la corrispondenza con quello che si sa per altre vie.

 

 La scheda che segue fa riferimento al progetto"QED 01: lamina sottile"

 Nota: per vedere la curva delle probabilità occorre premere [tasto P] anziché [tasto G].

 

Che Feynman non me ne voglia se ho mal compreso le sue lezioni, di sicuro la colpa è mia.

Note

nota 1: È chiaro che ci sono altri metodi più rapidi per il calcolo ed il disegno ma qui si vuole sottolineare la possibilità di usare Scratch, che sembrava nato per i racconti dei bambini, per “vedere” in azione la costruzione del vettore ed avere la possibilità di osare esperimenti difficili da ricostruire con altri metodi.

nota 2: I riferimenti sono relativi alle pagine del libro QED di Richard P. Feynman, edizioni Adelphi, collana “Gli Adelphi” ed 2010. 

 

We use cookies to improve our website and your experience when using it. Cookies used for the essential operation of this site have already been set. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

  I accept cookies from this site.
EU Cookie Directive plugin by www.channeldigital.co.uk