Viaggio nella Meccanica Quantistica (Parte 2)

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Abbiamo visto come la luce sia mentalmente disturbata: ha natura discontinua. Grandi scienziati hanno provato a curarla ma sono soltanto arrivati alla conclusione che questa presenta due modelli: quello ondulatorio e quello corpuscolare, come spiegato nella prima parte. Se avete usato vostra nonna per l’esperimento sulla diffrazione, non fate il mio nome: ve l’avevo detto che si sarebbe arrabbiata.

Tornando seri (ma quando mai) pensiamo ancora alla luce, questa fondamentalmente si mostra in due modi, chiamati spettri : lo spettro continuo e lo spettro a righe, quindi non incrociate i flussi.

downloadLo spettro continuo è la semplice luce bianca, quella emanata da un filamento di tungsteno all’interno di una lampadina o quella del sole. Se andiamo  invece ad analizzare la luce emessa da alcune speciali lampade a gas rarefatti  vedremo che queste emettono luce di un determinato colore, proprio di quell’elemento: questo è lo spettro a righe o discontinuo cui corrisponde un modello di emissione. Come ormai sappiamo la luce è energia, ciò significa che sia il filamento di tungsteno sia il gas stanno emettendo energia questo perché gli atomi in surplus la restituiscono. Gli atomi del gas sono in grado di assorbire radiazioni (energia) di una frequenza ben determinata che varia a seconda del gas, quindi dell’atomo, preso in questione. Rapportando ciò in termini di luce significa che il gas è in grado di assorbire solo fotoni aventi una ben determinata frequenza. A questo punto poniamoci interrogativi come: “perche?”  o “cosa mangio domani a cena?”, per il primo, tranquilli, ci penso io, per il secondo andate a leggere l’articolo sull’entropia.

L’ATOMO DI BOHR

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Rutherford, ciaone proprio

Bohr era un grande scienziato che si divertiva a bullizzare le teorie degli altri (qui troverete solo termini propriamente tecnici). Vittima di questo mero atto di violenza  fu il povero Rutherford che vide rotto il suo modello atomico dal violento impatto con il pugno di Bohr. Il modello di Rutherford, il cosiddetto modello a “planetario”,  assumeva che l’atomo fosse formato da un nucleo positivo attorno al quale particelle di carica negativa giravano come pianeti attorno al sole. Bohr però mentre lo picchiava capì che secondo quel modello per via delle leggi dell’elettromagnetismo gli elettroni avrebbero dovuto perdere energia fino a cadere nel nucleo, ciò però non accadeva. Ne propose quindi uno suo, basato su 5 punti principali:

  • L’elettrone è in grado di effettuare solo ben determinate orbite, per questo definite stazionarie: quando un elettrone percorre la propria orbita non perde né assorbe energia, perciò non precipita nel nucleo come nonno Ugo dopo la terza bottiglia di vino.
  • L’elettrone può percorrere solo certe orbite cui corrispondono dati valori di energia: l’elettrone non può assumere tutti i valori di energia bensì solo quelli corrispondenti alle orbite permesse: per questo si dice che le orbite sono quantizzate.
  • Per passare da un’orbita ad un’altra di livello energetico più elevato l’elettrone deve assorbire energia: che sia essa in forma di calore, luce o quant’altro l’elettrone deve poterla assorbire quindi tale energia dovrà avere opportuna frequenza.
  • Per passare da un’orbita ad un’altra di livello energetico inferiore l’elettrone deve perdere energia: stesso discorso di prima, solo che in questo caso l’elettrone perderà energia sottoforma di spettro discontinuo.
  • L’energia del fotone emesso o assorbito corrisponde alla differenza di energia tra le due orbite.

Siamo arrivati al nocciolo della questione ma è bene soffermarci ancora un poco sul mondo della luce.

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I suoi capelli ricordano vagamente uno scolapasta però…

Agli inizi del Novecento Louis De Broglie, ovviamente uno… scolapasta, no, uno scienziato, ipotizzò che il comportamento della luce non fosse una sua esclusiva prerogativa ma bensì un comportamento caratteristico di tutta la materia, associò quindi ad ogni particella in movimento un’onda in grado di descriverne il moto.  Secondo l’equazione:
  λ = h/mv

In cui il prodotto mv rappresenta la quantità di moto della particella. A tali onde viene dato il nome di Onde di De Broglie, in definitiva sono definite così tutte le onde associate ad un corpo in movimento. L’ipotesi di De Broglie fu verificata sperimentalmente quando altri due scienziati, Davisson e Germer, distrussero di elettroni un bersaglio metallico e ne ottennero la figura di rifrazione prevista dalla relazione di De Broglie.

È ora difficile pensare all’elettrone come un’onda ma bisogna ricordare che le onde in questione si limitano a dare un’astrazione formale di ciò che avviene quando, ad esempio, un elettrone è in movimento queste infatti sono utili a descrivere le caratteristiche ondulatorie delle particelle che i dati sperimentali evidenziano.

Dopo quest’enorme preambolo nel prossimo articolo arriveremo alla spannung parlando della vera e propria Meccanica Quantistica, per gli amici MQ ma io le sto sulle palle quindi non la chiamo quasi mai così, a stento la saluto.

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