Fisica: onde elettromagnetiche, alcuni dubbi

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Andrea

2015-10-21 22:22

Volevo, se possibile, alcuni chiarimenti sulla natura delle onde elettromagnetiche. Da quanto ho capito è un tipo di energia formato da un campo elettrico e un campo magnetico, perpendicolari tra loro, che si propagano alla velocità della luce (nel vuoto), indipendentemente dal tipo di onda considerata. Queste sono di diverso tipo: onde radio (bassa frequenza, quindi grande lunghezza d'onda), la luce nello spettro del visibile (indicativamente con lunghezza d'onda compresa tra i 400 e i 750 nanometri, ), i raggi gamma (altissima frequenza, bassissima lunghezza d'onda, capaci di ionizzare gli atomi con chi vengono a contatto), ecc... Non ho però ben compreso dei concetti fondamentali, forse molto banali (e mi scuso per questo): un'onda elettromagnetica, di qualunque tipo, è composta di fotoni? E come è possibile immaginare il dualismo onda-particella dei fotoni (e delle altre particelle)? Cioè fisicamente bisogna immaginarli come particelle o come onde? E infine, è possibile convertire un tipo di onda elettromagnetica in un altro tipo (magari modificandone la frequenza o la lunghezza d'onda)? Grazie delle eventuali risposte.

Igor

2015-10-21 23:56

1) Il fotone è, sia un'onda elettromagnetica che una particella. Detto questo, penso sia impossibile spiegarne bene il perchè in poche righe e non avrebbe senso fare copia-incolla da pezzi di libro, quindi mi astengo.

2) La difficoltà nell'accettare tale natura duale (sei "la bella" ed anche "la bestia"? Non è possibile!) dipende dal fatto che siamo abituati alla concretezza della meccanica newtoniana, cioè ad una fisica deterministica che spiega molto bene la realtà che viviamo in prima persona ogni giorno.

Quando però la velocità dei sistemi cresce approssimandosi a quella della luce, la meccanica newtoniana fallisce, e si scopre che la Fisica Classica è soltanto una buona approssimazione di ciò che invece è basato sull'incertezza e deve essere descritto con la Meccanica Quantistica, i cui risultati sono per noi contro-intuitivi.

Et voilà: ora la norma è che "la bella" e la "bestia" sono la stessa persona, che ci piaccia o no.

Purtroppo, non è possibile verificare contemporaneamente entrambe le proprietà in un unico istante, si può solo organizzare, di volta in volta, un esperimento che mostri l'aspetto che preferiamo: onda o particella. Se vuoi indagare, dai uno sguardo a quello che è stato definito come "l'esperimento più bello nella storia della scienza", quello delle due fenditure.

3) Sì. Le onde sono delle oscillazioni che è possibile modificare in molti modi. Troppi per poter dare una risposta sintetica.

I seguenti utenti ringraziano Igor per questo messaggio: Andrea, arkypita

Andrea

2015-10-22 09:23

Ti ringrazio molto per quest'altra, tempestiva risposta. Allora è come sospettavo: bisogna "accettare" che le cose funzionano così, cioè che il fotone (come anche l'elettrone ecc) è onda e corpuscolo allo stesso tempo. Avevo letto dell'esperimento della doppia fenditura, ma proprio l'impossibilità di osservare questa duplice natura della particella mi aveva messo in "crisi". L'osservazione modifica necessariamente il percorso della particella che, se osservata, si comporterà esattamente come tale e non come onda. Sicuramente sono cose interessantissime e mi dispiace non avere la possibilità di comprenderle a pieno. Per farlo probabilmente dovrei avere una solida formazione scientifica di base.

Igor

2015-10-22 11:55

Prova a considerare l'onda come una qualsiasi funzione matematica che calcola la probabilità di farci trovare la particella in un preciso punto dello spazio. Se non si fa in modo (con l'esperimento) di risolvere la funzione per ottenere quel preciso risultato di posizione, la particella permane nel suo stato indeterminato di onda e quindi continua ad occupare più posti nello stesso tempo. E' da questo motivo che nasce la dualità. Anche il lancio di una moneta è un processo inizialmente indeterminato che può essere descritto da una funzione di probabilità, cioè sappiamo già che quel sistema ESISTE ed è testa e croce allo stesso tempo, prima del lancio. Ma solo quando si va a vedere il risultato del lancio (dell'esperimento) si ha la prova (la determinazione) di un risultato certo. Questo criterio, come vedi, può applicarsi a qualunque cosa che si muove, cioè che ha energia, e che quindi che esiste... Ora non dovrebbe essere così sorprendente accettare questo criterio, giudicabile strambo soltanto fin quando si mantiene l'ottica deterministica che abbiamo sempre avuto. In realtà non c'è niente di illogico, è soltanto un cambio di paradigma.

I seguenti utenti ringraziano Igor per questo messaggio: Andrea

Andrea

2015-10-22 16:17

Così mi è tutto più chiaro, grazie mille!

Cerbero123

2015-10-27 18:14

Ciao! Io ti consiglio per avere un ulteriore chiarimento di guardarti su internet l'esperimento dell'elettrone singolo in doppia fenditura, ti fornisce una spiegazione sula natura dualistica della luce ovvero essa a seconda dei casi si può comportare da onda o da corpuscolo. Non è facile accettarlo però quando interagiamo con sistemi così piccoli tutto viene stravolto!

franco giuseppe salvadego

2015-11-07 21:47

Andrea ha scritto:

Volevo, se possibile, alcuni chiarimenti sulla natura delle onde elettromagnetiche. Da quanto ho capito è un tipo di energia formato da un campo elettrico e un campo magnetico, perpendicolari tra loro, che si propagano alla velocità della luce (nel vuoto), indipendentemente dal tipo di onda considerata. Queste sono di diverso tipo: onde radio (bassa frequenza, quindi grande lunghezza d'onda), la luce nello spettro del visibile (indicativamente con lunghezza d'onda compresa tra i 400 e i 750 nanometri,

), i raggi gamma (altissima frequenza, bassissima lunghezza d'onda, capaci di ionizzare gli atomi con chi vengono a contatto), ecc... Non ho però ben compreso dei concetti fondamentali, forse molto banali (e mi scuso per questo): un'onda elettromagnetica, di qualunque tipo, è composta di fotoni? E come è possibile immaginare il dualismo onda-particella dei fotoni (e delle altre particelle)? Cioè fisicamente bisogna immaginarli come particelle o come onde? E infine, è possibile convertire un tipo di onda elettromagnetica in un altro tipo (magari modificandone la frequenza o la lunghezza d'onda)?

Grazie delle eventuali risposte.

qualsiasi radio converte un tipo di onda elettromagnetica ( parli nel mic = frequenza del sonoro) modulando (in ampiezza o in frequenza) una portante a frequenza molto più elevata atta ad essere trasmessa via etere ( onda radio). il ricevitore rivela e riconverte il segnale in onda che sta nella cosiddetta finestra del sonoro. ( la ascolti)....modificare la frequenza è equivalente dire modificare la lunghezza d'onda : lunghezza d'onda ( lambda) (metri) = 300000/f  (Hz) 

ancora: quando osserviamo quei strani fluorescenti colori sotto la lampada di wood (ultravioletto) . l'ultraviola (lambda minore 4000 A) sta fuori dalla nostra finestra vista(non lo vediamo) ...ma investendo oggetti fluorescenti si creano armoniche basse che finiscono nella finestra vista per cui le vediamo ( i colori fluorescenti). stesso fenomeno dei due diapason . onde costruttive e distruttive che generano armoniche laterali.