Crea sito

Le onde gravitazionali

12 febbraio 2016

Cento anni dopo la teoria di Einstein l’annuncio in diretta mondiale sul web: «Abbiamo rilevato le onde gravitazionali». Il trionfo di un piccolo gruppo di ostinati ricercatori ha confermato le ipotesi che 101 anni fa Albert Einstein aveva previsto nella sua teoria della relatività.

Le onde gravitazionali esistono.

Ma cosa sono le onde gravitazionali?

Sono onde un po’ simili a quelle elettromagnetiche, ma anche qualcosa di diverso e strano: sono oscillazioni dello spazio. Lo spazio si increspa e oscilla come la superficie di un lago.

Per arrivare alla approvazione della sua esistenza c'è stato bisogno di una grande collaborazione internazionale di cui gli italiani hanno avuto un peso determinante.

L’esistenza di queste «onde di gravità» è conseguenza del fatto che niente va più veloce della luce. La luce impiega otto minuti per arrivare dal Sole a noi. Se il Sole fosse spazzato via adesso, magari da una stella di neutroni che passa per la galassia (evento improbabile), che succederebbe nei successivi otto minuti sulla Terra?

Risposta: niente.

Perché non c’è modo qui di sapere che il Sole non c’è più, nessun messaggio ha avuto il tempo di arrivare. Ma la gravità del Sole tiene la Terra sulla sua orbita, quindi per otto minuti la Terra sarebbe ancora attratta dal Sole, anche se il Sole non c’è più!

Nel corso di questi otto minuti, qualcosa deve viaggiare nello spazio, portando l’informazione che il Sole non c’è più, e l’attrazione del Sole deve spegnersi. Questo qualcosa, è un’onda gravitazionale: il propagarsi rapido di una minuta deformazione dello spazio.

Le onde osservate ora dal Ligo (Laser interferometer gravitational-waves observatory: osservatorio di onde gravitazionali a interferometria laser) sono state prodotte da un evento catastrofico: lo sprofondare di due buchi neri uno nell’altro.

Erano ciascuno pesante diverse decine di volte il Sole, e nel loro sfracellarsi spiraleggiando l’uno sull’altro hanno irradiato nello spazio una quantità di energia pari a tre interi «Soli» vaporizzati in pochi istanti.

La violenza dell’evento ha prodotto onde che come uno tsunami galattico hanno viaggiato milioni di anni nello spazio interstellare e ora sono arrivate a sciabordare, indebolite, sulle nostre antenne.

 

I modelli atomici da Dalton a Bohr

I principali modelli atomici da Dalton a Bohr sono:

- Modello atomico di John Dalton del 1808 (John Dalton (Eaglesfield, 1766 – Manchester, 1844))

- Il modello atomico “a panettone” del 1897  ( J.J. Thomson (Cheetham, 1856 – Cambridge, 1940))

- Il modello planetario del 1913 del fisico neozelandese Ernest Rutherford

- Il modello atomico di Bohr del 1913: le orbite quantizzate

- Il modello di Bohr-Sommerfeld del 1915: dall’orbita all’orbitale

Il modello atomico di Rutherford

Il fisico tedesco Ernest Rutherford propose il modello atomico planetario dopo che altri due fisici, Hans Geiger e Ernest Marsden, sotto la guida di Rutherford, eseguirono nel 1911 un esperimento, che consisteva nel bombardare una sottile lamina di oro con particelle alfa (costituite da due protoni e due neutroni e dotate perciò dicarica positiva 2+), prodotte da un materiale radioattivo.
Le particelle alfa erano dotate di un’energia cinetica sufficiente ad oltrepassare la lamina d'oro come era previsto dallo stesso Thomson.

 Ma l'esperimento del bombardamento della lamina d'oro portò ad un risultato imprevisto in quanto alcune particelle, tornavano indietro. C'era quindi una grande forza repulsiva che deviava o respingeva le particelle.

 ESCAPE='HTML'

Per questo motivo propose il modello atomico con un nucleo centrale molto più piccolo (circa 10.000 volte più piccolo) dell'atomo stesso , con degli elettroni che ruotavano attorno al nucleo come i pianeti attorno al sole.

Limiti del modello atomico di Rutherford

Questo modello però aveva i suoi limiti, in quanto la fisica classica diceva che, le particelle ( cioè gli elettroni) quando girono attorno al nucleo perdono energia e quindi dovevano cadere dentro il nucleo.  Cioè se avevano poca energia la forza centripeta li avrebbe fatti cadere dentro il nucleo (dopo aver ceduto energia sotto forma di  un'onda elettromagnetica), mentre se avevano più energia grazie alla forza centrifuga dovevano allontanarsi dal nucleo.

Questo limite fu sorpassato da Bohr che introdusse attraverso la meccanica quantistica il concetro di orbita stazionaria e quindi quantizzata.

Modello di Bohr

Osservando gli spettri di emissione e di assorbimento dell’atomo di idrogeno, Bohr propone un modello atomico (planetario come quello di Rutherford, ma a orbite quantizzate, valido solo per l’atomo di idrogeno), che si basa sui seguenti punti:


1.l’elettrone percorre solo determinate orbite circolari quantizzate, nelle quali ruota senza assorbire né emettere energia (orbite stazionarie);
2. l’elettrone assorbe energia solo se salta da un’orbita a un’altra di livello energetico maggiore;
3.se l’elettrone torna a un livello di energia minore l’atomo emette energia, sotto forma di fotoni;
4.l’energia della luce, emessa o assorbita, è uguale alla differenza di energia delledue orbite;
5.ogni salto è rivelato da una riga dello spettro.

 

L’ipotesi di Bohr sulla struttura dell’atomo spiega perché gli spettri di emissione
degli atomi sono spettri discontinui, a righe: ogni riga corrisponde a un ben determinato valore di energia, che a sua volta corrisponde alla differenza di energia fra due orbite.

 ESCAPE='HTML'

Il concetto di orbita lascia il posto al concetto di orbitale atomico.

La meccanica quantistica dimostra che non è possibile definire la traiettoria di  un elettrone, che ha un movimento delocalizzato.


Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma, infatti, che di una particella come l’elettrone non si possono conoscere, contemporaneamente, la posizione e la velocità, in un preciso istante.


Gli orbitali vengono definiti dalle funzioni (funzioni d’onda) che si ottengono come soluzione della equazione probabilistica di Schrödinger.

Il fisico tedesco Max Born definisce, grazie alle funzioni d’onda, l’orbitale atomico come una regione dello spazio attorno al nucleo in cui è possibile, con una probabilità altissima (95%), trovare l’elettrone in determinato istante.

Con la funzione d’onda Ψ ( si legge “psi”), è possibile definire i diversi stati in cui si può trovare un elettrone nell’atomo.

Il modello atomico attuale è quello dovuto a Schroodinger (1867-1961) e costituisce l'ultima elaborazione rispetto a quelli proposti da Rutherford e da Bohr. Tuttavia, per motivi di semplicità di rappresentazione e di comprensione, spesso molti autori fanno riferimento principalmente a l modello di Bohr con gli orbitali.

Modello di Schrodinger

Nel 1926 Erwin Schrödinger scopre l’equazione della funzione d’onda (Ψ, si legge “psi”) che descrive esattamente, in termini matematici, il comportamento ondulatorio dell’elettrone. Grazie a questa scoperta gli viene assegnato il Premio Nobel nel 1933. La struttura ad orbitali diventa una sorta di pulviscolo elettronico indefinito attorno al nucleo, determinabile solo all’atto della misura (al momento, cioè, del cosiddetto “collasso della funzione d’onda”).

Equazione di Schrodinger

Gli orbitali

Concetto di orbitale: Gli elettroni occupano regioni dello spazio di questo tipo. Le zone ombreggiate sono quelle in cui è più probabile trovare l'elettone.

La costante di Plank

Costante di Plank
La costante di Plank, nota anche come quanto di azione, viene indicata con la lettera h ed è una costante fondamentale in meccanica quantistica e, più in generale, nella fisica atomica. E' una costante caratteristica del mondo atomico e molecolare il cui valore numerico corrisponde a 6,62•10-34 J•s.


          h = 6,62*10 -34 [J * s]


Al posto di h, viene spesso utilizzata in fisica atomica la costante h (si legga acca tagliato) che vale:      

  
           ħ = h/2π =1,0551•10-34 J • s.

 

La costante di Plank ha pertanto le dimensioni di un'energia (J) per un tempo (s). Essa prende il nome dal fisico tedesco  Max Planck. 
Essa consente una semplificazione delle formule.
La costante di Planck è legata alla quantizzazione delle grandezze dinamiche legate al mondo microscopico.
Ad esempio, ritroviamo la costante di Plank nel valore dell'energia associata a un quanto di frequenza ν. Tale valore, secondo la ben nota equazione di Einstein, vale:

nella quale h rappresenta appunto la costante di Plank

 ESCAPE='HTML'

Leonardo Da Vinci

"Una volta che avrete imparato a Volare, camminerete sulla terra guardando il cielo perchè è là che siete stati ed è là che vorrete tornare"

Leonardo Da Vinci

Leonardo di ser Piero da Vinci (Vinci, 15 aprile 1452 – Amboise, 2 maggio 1519) è stato un pittore, ingegnere e scienziato italiano.

Uomo d'ingegno e talento universale del Rinascimento, incarnò in pieno lo spirito della sua epoca, portandolo alle maggiori forme di espressione nei più disparati campi dell'arte e della conoscenza.

Si occupò di architettura e scultura, fu disegnatore, trattatista, scenografo, anatomista, musicista e, in generale, progettista e inventore.

È considerato uno dei più grandi geni dell'umanità.

Magia della fisica: il moto ondulatorio

Incredibile da vedere assolutamente.

(per vederlo devi essere collegato a facebook)


Quindici pendoli con fili di lunghezze diverse, posti l’uno accanto all’altro con lunghezze crescenti che formano giochi visivi dinamici davvero suggestivi e, in qualche modo, realmente spettacolari.

Scopo della fisica

La fisica (dal neutro plurale latino physica), a sua volta derivante dal greco τá½° φυσικά [tà physiká], ovvero "le cose naturali", e da φύσις [physis], "natura" è la scienza della natura nel senso più ampio.

Scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti gli eventi che possano essere descritti ovvero quantificati attraverso grandezze fisiche opportune, al fine di stabilire principi e leggi che regolano le interazioni tra le grandezze stesse e rendano conto delle loro reciproche variazioni.

L'insieme di principi e leggi fisiche relative ad una certa classe di fenomeni osservati definiscono una teoria fisica deduttiva, coerente e relativamente autoconsistente, costruita tipicamente a partire dall'induzione sperimentale.

Originariamente lo studio della Fisica rientrava nella branca della Filosofia; successivamente, grazie al metodo scientifico sviluppato da Galileo Galilei divenne una diciplina a sè stante.

L'indagine della Fisica viene sviluppato attraverso il metodo sperimentale.

Dall''osservazione dei fenomeni segue una ipotesi interpretativa che deve essere dimostrata attraverso numerosi esperimenti; solo dopo, con l'osservzione, si possono produrre delle Leggi Empiriche e la relazione che la esprime viene detta Legge Fisica.

Un insieme di leggi fisiche rappresentano una teoria Fisica.

Essa può essere confutata solo da altri esperimenti che la negano.

Hendrik Lorentz (premio nobel per la fisica nel 1902)

Ricevette nel 1902 il Premio Nobel per la fisica assieme a Pieter Zeeman per la scoperta e la spiegazione teorica dell'effetto Zeeman. E' famoso per aver spiegato la Forza di Lorentz.

Enrico Fermi

Enrico Fermi (Roma, 29 settembre 1901 – Chicago, 29 novembre 1954) è stato un fisico italiano naturalizzato statunitense.

È tra i più noti scienziati al mondo principalmente per gli studi teorici e sperimentali nell'ambito della meccanica quantistica e, più in generale, della fisica nucleare.

Tra i maggiori contributi si possono citare la teoria del decadimento β, la statistica quantistica di Fermi-Dirac e i risultati concernenti le interazioni nucleari.

In suo onore venne dato il nome ad un elemento della tavola periodica, il fermio (simbolo Fm), ad un sottomultiplo del metro comunemente usato in fisica atomica e nucleare, il fermi, nonché a una delle due classi di particelle della statistica quantistica, i fermioni.

Progettò e guidò la costruzione del primo reattore nucleare a fissione, che produsse la prima reazione nucleare a catena controllata.

Fu uno dei direttori tecnici del Progetto Manhattan, che portò alla realizzazione della bomba atomica nei laboratori di Los Alamos.

È stato inoltre tra i primi ad interessarsi alle potenzialità della simulazione numerica in ambito scientifico, nonché l'iniziatore di una feconda scuola di fisici sia in Italia, sia negli Stati Uniti d'America.

Fermi è universalmente riconosciuto come uno dei più grandi scienziati di tutti i tempi.

Nel 1938 ricevette il Premio Nobel per la fisica, per "l'identificazione di nuovi elementi della radioattività e la scoperta delle reazioni nucleari mediante neutroni lenti".

(Tratto da Wikipedia)

Compito di Fisica di Enrico Fermi

“Caratteri distintivi dei suoni e loro cause”.


La prima facciata del compito di fisica per l’ammissione in Normale del futuro premio Nobel Enrico Fermi.

I commissari si rifiutarono inizialmente di credere ai loro occhi, dato il livello di conoscenza ed il controllo del formalismo matematico di cui vi si dava prova.

Albert Einstein

Albert Einstein nacque ad Ulm, in Germania , il 14 marzo 1879 da genitori ebrei non praticani. Nel 1896 si iscrisse al Politecnico Zurigo e si Laureò in Fisica nel 1900. Non riuscì peò a diventare ricercatore al Politecnico e dopo aver preso la cittadinanza svizzera si impiegò all'ufficio Brevetti di Berna. Il modesto lavoro gli consentì di dedicare gran parte del suo tempo libero allo studio della Fisica. Nel 905 pubblicò tre studi teorici: il primo studio riguardava l'interpretazione dell'effetto fotoelettrico, il secondo studio sull'effetto browniano, e il terzo sull'Elettrodinamica dei corpi in movimento.

 

Premio nobel per la fisica nel 1921

Nel 1921 ricevette il Premio Nobel per la fisica "per i contributi alla fisica teorica, in particolare per la scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico"  e la sua fama dilagò in tutto il mondo soprattutto per la teoria della relatività, in grado, per l'assoluta originalità, di colpire l'immaginario collettivo.

A cavallo di un raggio di luce

Curiosità sulla vita da adolescente di Albert Einstein.

Prima dei sedici anni, Einstein incominciò a meditare  a suo modo  sulle cose.

Studiò da autodidatta calcolo numerico e continuò a riflettere sulla natura della luce.

Si domandò:

"Se viaggiassi a cavallo di un raggio di luce ( ossia all'interno di un sistema isolato che si muove alla velocità della luce) con uno specchio in mano, non riuscirei a vedere la mia immagine riflessa, perchè un raggio luminoso che parte dal mio volto non sarebbe in grado di raggiungere lo specchio che si muove con la stessa velocità ( quella della luce). ma in tal caso sarei in grado di affermare che il mio sistema è in moto, con una velocità uguale o superiore a quella della luce, mentre ciò contraddice il principio di relatività galileano per il quale all'interno di un sistema isolato non è in grado di stabilirne il moto o la quiete. "

Questa riflessione fu il punto di partenza per arrivare nel 1905 alla definizione di relatività ristreta.

 

Ettore Majorana

Ettore Majorana fu un fisico italiano, nato a Catania il 5 agosto del 1906. Diede un importante contributo alla fisica mondiale, soprattutto tramite i suoi studi sulla fisica nucleare e la meccanica quantistica relativistica.

Ettore rivelò subito una precocissima attitudine per la matematica, che lo portavano a svolgere calcoli molto complicati già all'età di 5 anni, età in cui si dedicò anche allo studio personale della fisica. Fino ai 9 anni, alla sua educazione sopraintese il padre, mentre concluse gli studi di elementari e ginnasio presso il collegio "Massimiliano Massimo" dei Gesuiti, con sede a Roma; frequentò il terzo anno e il resto del liceo classico, presso l'istituto statale Torquato Tasso. Dopodiché, Majorana si iscrisse alla facoltà d'Ingegneria. Fra i suoi compagni vi era anche Emilio Segrè, il quale presto lo convinse a passare alla facoltà di Fisica.

Durante gli anni dell’università, Majorana si concentrò su moltissimi argomenti, che spaziavano dalla fisica terrestre all'ingegneria elettrica, fino allo studio di alcune reazioni nucleari che confluirono poi negli studi sulla bomba atomica.

Articolo di Carlo Rubbia premio nobel della Fisica

Carlo Rubbia (Gorizia, 31 marzo 1934) è un fisico e senatore a vita italiano, vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1984 insieme al collega Simon van der Meer.

Dal 30 agosto 2013 è senatore a vita della Repubblica Italiana.