PER UNA GAIA SCIENZA

Dallo studio della luce alla nascita della Meccanica Quantistica La Meccanica Quantistica nasce da uno dei misteri più affascinanti della fisica: la natura della luce e della materia. Per secoli, scienziati e filosofi si sono confrontati con un fenomeno apparentemente semplice, ma che si rivelò straordinariamente complesso. La luce si comporta come un’onda quando interferisce o si diffonde, ma come particella quando libera elettroni da un metallo nell’effetto fotoelettrico. Questo dualismo sfidava ogni intuizione classica. Il problema del corpo nero e l’energia quantizzata Alla fine dell’Ottocento, gli studi sul  corpo nero  misero in crisi le teorie esistenti. Un corpo nero è un oggetto ideale che assorbe tutta la radiazione elettromagnetica che riceve. La fisica classica prevedeva che, aumentando la frequenza, l’energia irradiata tendesse all’infinito – un paradosso noto come “catastrofe ultravioletta”. Max Planck, nel 1900, propose una soluzione rivoluzionaria: l’energia no...

Propedeutica alla Meccanica Quantistica Obiettivi: gettare un ponte tra i concetti classici e la formulazione quantistica, introducendo gradualmente concetti, operatori e principi fondamentali. 1. Riepilogo dei concetti chiave: energia, momento, posizione Prima di affrontare la meccanica quantistica, è utile richiamare alcune nozioni fondamentali: Energia (E): capacità di un sistema di compiere lavoro, suddivisa in energia cinetica T = 1/2 mv² ed energia potenziale V(x) . Posizione (x): variabile che indica la posizione di una particella nello spazio. Momento (p): quantità di moto p = mv , misura della “inerzia in movimento”. Nota: nella meccanica classica, posizione e momento possono essere determinati simultaneamente con precisione arbitraria. 2. Quantizzazione canonica: dal formalisme classico a quello quantistico La quantizzazione canonica permette di sostituire le variabili classiche con operatori quantistici che agiscon...

Meccanica Hamiltoniana Obiettivi didattici: introdurre il formalismo hamiltoniano e collegarlo alla meccanica quantistica. La meccanica hamiltoniana studia il moto dei sistemi usando posizione q q e momento p p . Invece di descrivere il moto solo con velocità, questo formalismo usa coppie ( q , p ) (q,p) per analizzare il sistema nel tempo, facilitando lo studio di dinamiche complesse e preparando alla meccanica quantistica. 1. Trasformazione Lagrangiana → Hamiltoniana Partiamo da un Lagrangiano L ( q , q ˙ , t ) L(q,\dot q,t) . Momento coniugato: p i ≡ ∂ L ∂ q ˙ i p_i \equiv \frac{\partial L}{\partial \dot q_i} Hamiltoniana (trasformata di Legendre): H ( q , p , t ) = ∑ i p i q ˙ i − L ( q , q ˙ , t ) H(q,p,t) = \sum_i p_i \dot q_i - L(q,\dot q,t) dove q ˙ i \dot q_i si risolve in funzione di p i p_i . Esempio semplice: particella 1D con massa m m e potenziale V ( q ) V(q) L = 1 2 m q ˙ 2 − V ( q ) , p = m q ˙ , H = p 2 2 m + V ( q ) L = \frac{1}{2} m \dot q^2 - V...

Meccanica Lagrangiana L’obiettivo didattico è introdurre e approfondire la formulazione lagrangiana del moto , mostrando come semplifichi lo studio di sistemi meccanici complessi, vincoli e simmetrie. 1. Perché la formulazione lagrangiana? La meccanica newtoniana usa forze e accelerazioni: F ⃗ = m a ⃗ \vec{F} = m \vec{a} Funziona perfettamente per sistemi semplici, ma diventa macchinosa con vincoli o molti gradi di libertà. Il formalismo lagrangiano cambia prospettiva: invece di forze, si considerano energie . Si definisce il lagrangiano : L ( q , q ˙ , t ) = T ( q , q ˙ , t ) − V ( q , t ) \boxed{L(q, \dot{q}, t) = T(q, \dot{q}, t) - V(q, t)} dove: q q sono le coordinate generalizzate del sistema, q ˙ \dot{q} le loro velocità generalizzate, T T energia cinetica, V V energia potenziale. Vantaggi: Si lavora con scalari, non con vettori. Possibilità di scegliere coordinate comode (angoli, distanze…). Vincoli gestiti elegantemente. Simmetrie → qu...

🌌 Introduzione alla Meccanica Analitica La meccanica analitica è la branca della fisica che descrive il moto dei corpi in modo generalizzato e sistematico , superando alcune limitazioni del formalismo newtoniano. È particolarmente utile quando il sistema presenta vincoli complessi, coordinate curvilinee o simmetrie che semplificano i calcoli. 1. Richiami fondamentali della meccanica classica La legge di Newton: F ⃗ = m a ⃗ \vec{F} = m \vec{a} descrive il moto dei corpi sotto l’azione di forze. È perfetta per sistemi semplici, ma in presenza di vincoli o geometrie complesse il calcolo diretto delle forze diventa laborioso. Esempio: un carrello che scorre lungo un binario curvo. Per determinare l’accelerazione occorre scomporre la forza totale lungo le tangenti locali e considerare reazioni vincolari. L’approccio newtoniano diventa rapidamente complesso. 2. Coordinate generalizzate e spazio delle configurazioni Per semplificare, si introducono le coordinate generalizzate q 1 ,...

5 Entropia e Spostamenti di Energia L’ entropia è una grandezza termodinamica fondamentale che misura il grado di disordine o il numero di stati accessibili a un sistema. È strettamente legata alla spostamento di energia e alla spontaneità dei processi fisici. 1. Definizione di entropia Per un processo reversibile , l’incremento infinitesimo di entropia è definito come: d S = d Q rev T dS = \frac{dQ_\text{rev}}{T} dove: d Q rev dQ_\text{rev} è la quantità infinitesima di calore scambiata reversibilmente , T T è la temperatura assoluta del sistema. Interpretazione fisica: maggiore è la quantità di calore trasferita a bassa temperatura, maggiore è l’aumento di entropia. Esempio numerico: Un blocco riceve Q rev = 500   J Q_\text{rev} = 500 \, \text{J} a T = 300   K T = 300 \, \text{K} . Δ S = 500 300 ≈ 1.667   J/K \Delta S = \frac{500}{300} \approx 1.667 \, \text{J/K} 2. Entropia di sistemi chiusi e aperti Sistema chiuso: scambia energia ma non materia....