Principio di indeterminazione di Heisenber, e dualismo onda particella

[antonio DAMICO]

MI riferisco in particolare all'ormai famoso esperimento delle due fessure, dove un fotone si comporta con modo ondulatorio se non osservato e come particella nel momento in cui viene osservato.
La mia curiosità è; Come viene osservato il fotone ??? Con un metodo passivo che non interferisce o con un mezzo invasivo che invece và ad interferire direttamente con l'onda/particella ???
Grazie.

[Red Hanuman]

MI riferisco in particolare all'ormai famoso esperimento delle due fessure, dove un fotone si comporta con modo ondulatorio se non osservato e come particella nel momento in cui viene osservato.
La mia curiosità è; Come viene osservato il fotone ??? Con un metodo passivo che non interferisce o con un mezzo invasivo che invece và ad interferire direttamente con l'onda/particella ???
Grazie.

Non ci siamo. Il fotone si comporta come particella in alcuni casi, e come onda in altri, INDIPENDENTEMENTE dall'osservatore o dall'essere osservato.
Il principio di Heisenberg ci dice che non è possibile misurare contemporaneamente la posizione e quantità di moto di una particella, perché essa è contemporaneamente onda e corpuscolo.
Delle frange di diffrazione e dell'esperimento delle due fessure ne ha parlato ampiamente Enzo QUI, QUI e QUI.

[SANDRO]

Non ci siamo. Il fotone si comporta come particella in alcuni casi, e come onda in altri, INDIPENDENTEMENTE dall'osservatore o dall'essere osservato.
Il principio di Heisenberg ci dice che non è possibile misurare contemporaneamente la posizione e quantità di moto di una particella, perché essa è contemporaneamente onda e corpuscolo.
Delle frange di diffrazione e dell'esperimento delle due fessure ne ha parlato ampiamente Enzo QUI, QUI e QUI.

Scusa Red, solo per togliermi un dubbio. Mi ricordavo che il principio di indeterminazione di H non consente la misura contemporanea perchè quando intervengo per prendere una misura "influisco" anche sull'altra, per cui il risultato della seconda è più incerto. Se questo fosse vero, come è in relazione nel rapporto onda-particella?


Grazie anticipate.

[Red Hanuman]

Scusa Red, solo per togliermi un dubbio. Mi ricordavo che il principio di indeterminazione di H non consente la misura contemporanea perchè quando intervengo per prendere una misura "influisco" anche sull'altra, per cui il risultato della seconda è più incerto.

Questa è la spiegazione più diffusa, ma non è esatta. Non puoi misurare contemporaneamente le due proprietà perché la loro misura contemporanea è incompatibile con l'essenza stessa delle due entità misurate.

Per esempio, immagina di avere una pallina di plastica che galleggia sulle onde del mare.
Ora, prova a misurare CONTEMPORANEAMENTE la posizione della pallina e di valutare con essa la frequenza delle onde.
Puoi sapere esattamente dove si trova la pallina SOLO se lo fai in un tempo brevissimo, ma così facendo puoi sapere la frequenza delle onde con una approssimazione molto grande. Più rapido è l'intervallo di misura e maggiore è la precisione nel valutare la posizione, ma sempre minore è la precisione che puoi avere sulla frequenza (addirittura, al limite non potresti calcolarla).
Ovviamente, se aumentiamo il tempo di misura, sarà sempre meno certa la posizione della pallina, ma più precisa la lettura della frequenza delle onde.

Se questo fosse vero, come è in relazione nel rapporto onda-particella?


Grazie anticipate.

Per quanto ti ho detto sopra, devi considerare l'equazione di De Broglie, che mette in relazione lunghezza d'onda (e, quindi, la complementare frequenza) con la massa e la velocità della particella: 03a9795d5230f7d5e27f5521ef760a08.png
Ad ogni particella, dunque, corrisponde un'onda con una determinata frequenza e lunghezza d'onda.
Come puoi vedere, maggiore è la massa o la velocità della particella, e minore è la lunghezza d'onda (l'opposto, ovviamente, accade per la frequenza).
Nel caso in cui la massa e/o la velocità sono molto grandi, la corrispondente lunghezza d'onda diventa talmente piccola da far scomparire di fatto la dualità, e da rendere a tutti gli effetti la particella "materiale".....

[alexander]

Questa è la spiegazione più diffusa, ma non è esatta. Non puoi misurare contemporaneamente le due proprietà perché la loro misura contemporanea è incompatibile con l'essenza stessa delle due entità misurate.

Per esempio, immagina di avere una pallina di plastica che galleggia sulle onde del mare.
Ora, prova a misurare CONTEMPORANEAMENTE la posizione della pallina e di valutare con essa la frequenza delle onde.
Puoi sapere esattamente dove si trova la pallina SOLO se lo fai in un tempo brevissimo, ma così facendo puoi sapere la frequenza delle onde con una approssimazione molto grande. Più rapido è l'intervallo di misura e maggiore è la precisione nel valutare la posizione, ma sempre minore è la precisione che puoi avere sulla frequenza (addirittura, al limite non potresti calcolarla).
Ovviamente, se aumentiamo il tempo di misura, sarà sempre meno certa la posizione della pallina, ma più precisa la lettura della frequenza delle onde.


Per quanto ti ho detto sopra, devi considerare l'equazione di De Broglie, che mette in relazione lunghezza d'onda (e, quindi, la complementare frequenza) con la massa e la velocità della particella: 03a9795d5230f7d5e27f5521ef760a08.png
Ad ogni particella, dunque, corrisponde un'onda con una determinata frequenza e lunghezza d'onda.
Come puoi vedere, maggiore è la massa o la velocità della particella, e minore è la lunghezza d'onda (l'opposto, ovviamente, accade per la frequenza).
Nel caso in cui la massa e/o la velocità sono molto grandi, la corrispondente lunghezza d'onda diventa talmente piccola da far scomparire di fatto la dualità, e da rendere a tutti gli effetti la particella "materiale".....

Concordo 100%!
tra l'altro è spiegato anche molto bene in un divertente video su youtube: http://www.youtube.com/watch?v=LXf35olSYcw
L'unica cosa è che anche li confermano il fatto che con l'osservazione la funzione d'onda collassa e il fotone (e/o elettrone) torna a comportarsi come una particella facendo venir meno l'interferenza...
Se dico male me lo spieghi meglio per favore?

[Red Hanuman]

Concordo 100%! tra l'altro è spiegato anche molto bene in un divertente video su youtube: http://www.youtube.com/watch?v=LXf35olSYcwL'unica cosa è che anche li confermano il fatto che con l'osservazione la funzione d'onda collassa e il fotone (e/o elettrone) torna a comportarsi come una particella facendo venir meno l'interferenza...Se dico male me lo spieghi meglio per favore?

Caro Alex, mi sono preso un po' di tempo, perché quel video che hai postato non mi tornava.
In effetti, mi sa che chi lo ha fatto non ha capito bene come funziona l'esperimento delle due fessure con l'elettrone.
L'esperimento può essere fatto sparando un singolo elettrone alla volta verso le due fessure. Dall'altra parte, sul rilevatore si rileveranno volta per volta i singoli elettroni, come se fossero particelle. Ma, una volta che un numero sufficiente di elettroni avrà raggiunto il rilevatore, si otterrà una figura di diffrazione, come per le onde. E QUESTO dimostra in pieno la dualità onda - particella dell'elettrone. Non c'è nessun rilevatore davanti alle fessure, anche perché, se ci fosse, altererebbe in modo irrimediabile l'esperimento. E in nessun caso si formeranno solo due righe parallele solo perché c'è un'osservatore davanti le fessure.
Farebbero meglio a toglierlo, quel video....

[Danilo]

Ma, una volta che un numero sufficiente di elettroni avrà raggiunto il rilevatore, si otterrà una figura di diffrazione, come per le onde.
Farebbero meglio a toglierlo, quel video....

Quoto..video diseducativo.
Ma come si stabilisce quale sia il "numero sufficiente" di elettroni? E non dovrebbe essere rilevabile sempre la figura di diffrazione?

[Red Hanuman]

Quoto..video diseducativo.
Ma come si stabilisce quale sia il "numero sufficiente" di elettroni? E non dovrebbe essere rilevabile sempre la figura di diffrazione?

Beh, il fatto è che per rilevare l'elettrone lo devi trovare intero. Non c'è mezzo di trovare un quarto o un decimo di elettrone solamente, il che vale anche per il fotone.... Come corpuscoli, la loro energia caratteristica è quantizzata, e quindi o il pacchetto energetico c'è per intero o non c'è.
La rilevazione dell'elettrone determina il "collasso" della sua funzione d'onda,il che si traduce in un "punto" sullo schermo rilevatore.
Quanti ce ne vogliono? Quanti ne servono a te per distinguere le frange di diffrazione. Le frange esistono lo stesso anche per un numero piccolissimo di particelle, ma perché tu te ne possa accorgere, ce ne vuole un discreto numero.
Guarda QUI. In fondo, c'è un gruppo di foto che mostrano l'esperimento in divenire. Io le frange le scorgo già con 6 mila elettroni sparati, ma è indubbio che con 140 mila si vedano meglio. Tutto dipende da come valuti il dato...

[Danilo]

Beh, il fatto è che per rilevare l'elettrone lo devi trovare intero. Non c'è mezzo di trovare un quarto o un decimo di elettrone solamente, il che vale anche per il fotone.... Come corpuscoli, la loro energia caratteristica è quantizzata, e quindi o il pacchetto energetico c'è per intero o non c'è.
La rilevazione dell'elettrone determina il "collasso" della sua funzione d'onda,il che si traduce in un "punto" sullo schermo rilevatore.
Quanti ce ne vogliono? Quanti ne servono a te per distinguere le frange di diffrazione. Le frange esistono lo stesso anche per un numero piccolissimo di particelle, ma perché tu te ne possa accorgere, ce ne vuole un discreto numero.
Guarda QUI. In fondo, c'è un gruppo di foto che mostrano l'esperimento in divenire. Io le frange le scorgo già con 6 mila elettroni sparati, ma è indubbio che con 140 mila si vedano meglio. Tutto dipende da come valuti il dato...

Se ho capito bene quindi la natura ondulatoria di un elettrone consiste nella sua funzione di probabilità (di natura ondulatoria) di assumere una certa posizione (corpuscolo) in un certo momento (il che spiega perchè valga il principio di indeterminazione). Quindi è fuorviante pensare che l'energia dell'elettrone sia "spalmata" come un'onda, essendo essa quantizzata con la costante di plank...
ho capito male o no?

[Andrea I.]

Se ho capito bene quindi la natura ondulatoria di un elettrone consiste nella sua funzione di probabilità (di natura ondulatoria) di assumere una certa posizione (corpuscolo) in un certo momento (il che spiega perchè valga il principio di indeterminazione). Quindi è fuorviante pensare che l'energia dell'elettrone sia "spalmata" come un'onda, essendo essa quantizzata con la costante di plank...
ho capito male o no?

Esatto! In pratica sta tutto nella "probabilità" di trovare un elettrone in una determinata posizione (se non ho capito male nel "picco" della funzione d'onda la probabilità é massima etc etc....).
Ed essendo un quanto non si spalma, o c'é o non c'é. O almeno io l'ho capita così !