17/11/14

10. L’effetto tunnel **

Spesso e volentieri si usa un paradosso legato alla vita di tutti i giorni per descrivere l’effetto tunnel.

Immaginiamo di trovarci davanti una lastra di metallo robustissima e impossibile da perforare. Bene, se tirassimo una pallina da tennis contro la parete potremmo spendere tutta la nostra esistenza in questo esercizio fisico ma continueremmo a vedere la pallina tornare indietro dopo aver urtato la parete. L’effetto tunnel ci dice invece che esiste una possibilità concreta che la pallina, prima o poi, attraversi il muro. In realtà, enunciato in questo modo, l’effetto tunnel è molto affascinante, ma è del tutto impossibile. Dobbiamo rassegnarci e cambiare pallina e parete. La parete diventa in qualche modo una parete di energia e la pallina una particella microscopica, una di quelle che hanno comportamenti ben diversi dalla realtà di tutti i giorni.

Al Luna Park

Per avvicinarci meglio alle barriere di tipo energetico facciamo un esempio ancora più calzante che ci porta in un Luna Park, sulle montagne russe, in particolare. Sappiamo benissimo che le montagne russe si basano su un principio fondamentale della meccanica classica applicato a un percorso di sali e scendi di un vagoncino. Il principio è quello della conservazione dell’energia. Chi viaggia sulle montagne russe deve conservare la sua energia.

Le energie in gioco sono solo due: l’energia potenziale e l’energia cinetica. Le dovreste conoscere molto bene, ma è meglio richiamare brevemente il loro significato. Qualsiasi oggetto che sta sulla Terra è soggetto alla gravità del pianeta ed è costretto a cadere verso il basso a meno che qualcosa non lo tenga sollevato (pensate alla mela di Newton). Se saliamo sempre più in alto rispetto al suolo e se poi ci lanciamo in balia della forza di gravità subiremo effetti sempre più disastrosi. Se saliamo su una sedia, non succede praticamente niente, ma se ci buttiamo da un ponte sospeso la faccenda diventa ben più pericolosa. Ancora peggio se ci buttiamo da un aereo a 10000 metri di quota.

Cosa vuol dire tutto ciò? Che, a mano a mano che saliamo, ossia ci allontaniamo da Terra, acquistiamo un’energia sempre più grande, proprio quella che, una volta liberata, ci fa precipitare verso il suolo. Questa energia dipende solo e soltanto dalla massa della Terra e dall’altezza a cui siamo arrivati. Essa prende il nome di energia potenziale gravitazionale e viene descritta in pratica solo dall’altezza raggiunta (la Terra è sempre la stessa per i suoi abitanti).

Torniamo, quindi, al nostro ottovolante, quando siamo fermi sul punto più alto. In queste condizioni l’energia potenziale è massima, ossia siamo pronti per eseguire un lavoro non indifferente (un lavoro che potrebbe farci schiacciare al suolo). Fortunatamente siamo in un carrello che è tenuto attaccato alle rotaie in modo perfetto e ci evita cadute catastrofiche. Quale energia possediamo nel punto più alto? Solo e soltanto l’energia potenziale, riferita solo alla posizione occupata. Ripetiamo ancora: in quel momento, con il carrello fermo, tutta l’energia che possediamo è l’energia potenziale.

Aspettiamo ancora un attimo prima di far partire il vagoncino…

L’altro tipo di energia che conosciamo molto bene nella vita di tutti i giorni si chiama energia cinetica ed è quella legata al movimento. Quando corriamo o andiamo in macchina o in treno o quello che volete, abbiamo una certa energia che è legata alla nostra massa (più siamo pesanti e più difficile è muoversi) e alla velocità con cui ci spostiamo. Se qualcuno fosse fermo lungo la strada e ci vedesse passare alla guida di una macchina potrebbe misurare la nostra velocità e, sapendo il peso totale della macchina più passeggero, misurerebbe facilmente l’energia che ha la vettura, in quell’istante.

Bene, torniamo in cima all’ottovolante. Prima di partire ricordiamoci il principio di conservazione dell’energia. Esso dice che l’energia che ha un certo oggetto, o sistema qualsiasi, deve sempre essere la stessa. Se vi sono più energie in  gioco la loro somma deve rimanere costante. In poche parole se diminuisce una certa energia deve aumentare l’altra in modo che la somma resti sempre la stessa.

E’ ora di dare il via al nostro carrello. Via! Ci accorgiamo in fretta che l’energia cinetica sta cambiando drasticamente. All’inizio eravamo fermi e quindi la velocità era zero e, quindi, anche l’energia cinetica. Adesso stiamo precipitando a grande velocità e la nostra energia cinetica sta aumentando decisamente. La conservazione dell’energia, però, non può sbagliare. L’energia che stiamo guadagnando deve andare a scapito dell’altra energia che possedevamo all’inizio (l’unica), quella potenziale. In effetti è vero!

A mano a mano che scendiamo, l’energia potenziale diminuisce sempre di più, dato che diminuisce l’altezza dal suolo. La fisica non sbaglia mai: se in ogni istante della discesa facessimo la somma delle due energie troveremmo sempre lo stesso identico valore.

Finalmente, con lo stomaco in bocca, arriviamo in fondo alla discesa. L’energia potenziale è diventata zero (più in basso non possiamo andare), ma l’energia cinetica è altissima, anzi è l’unica che possediamo ed è esattamente uguale a quella potenziale che avevamo prima della partenza, lassù in cima alle montagne russe. Ci fermiamo? Assolutamente no! Siamo in  balia dell’energia cinetica, un’energia di movimento. Il carrello sfrutta questa energia che abbiamo accumulato in  discesa e continua a muoversi anche se il percorso è, adesso, in salita. La velocità diminuisce, ma il vagoncino continua a salire. Fino a quando?

Se non ci fossero attriti, andrebbe avanti fino a sperperare tutta l’energia cinetica. Tuttavia, mentre stiamo salendo, anche se sempre più lentamente, stiamo riguadagnando energia potenziale, dato che ci stiamo alzando rispetto al suolo. Non possiamo nemmeno dimenticare che l’energia totale deve conservarsi. Ciò comporta che quando l’energia cinetica diventa zero (ossia il vagoncino si ferma) abbiamo riguadagnato tutta l’energia potenziale che avevamo all’inizio del giro in giostra. Siamo tornati nelle condizioni iniziali, quando tutta l’energia che avevamo era quella potenziale.

La Fig. 1  mostra schematicamente quello che è successo. Scusate se ho riproposto un esempio ben conosciuto da tutti, ma per qualcuno potrebbe non essere male richiamare in modo semplificato e senza formule un classico esempio (molto divertente) di conservazione dell’energia meccanica.

Figura 1
Figura 1

Non sarebbe, quindi, molto difficile (teoricamente) costruire un otto volante molto più complicato: l’importante è che il sali e scendi non vada mai contro questo banalissimo schema (a parte la costruzione del carrello, la tenuta delle ruote sui binari e molte altre cose legate alla sicurezza).

Il progettista che ha costruito le montagne russe della Fig. 2 è, invece, un incompetente e capisce ben poco di meccanica classica. Vi è qualche speranza che il carrello che parte da A e scende fino in B possa mai raggiungere il punto C? Assolutamente no! Quando il carrello arriva nel punto A’, ha sperperato tutta la sua energia cinetica (velocità uguale a zero) e possiede solo l’energia potenziale. Questa però, per la conservazione dell’energia, non può superare quella che aveva in A. Il carrello non può certo salire ancora perché, se lo facesse, guadagnerebbe ulteriore energia potenziale, cosa impossibile in meccanica classica. L’energia non si crea dal niente e quella che abbiamo ci dobbiamo tenere.

Figura 2
Figura 2

L’unica speranza per poter proseguire sarebbe la bacchetta magica di una fata o di qualche personaggio veramente speciale. Nel mondo quotidiano non esistono maghi o streghe o fate: il carrello è costretto a ricadere all’indietro verso il punto B  e tornare nuovamente in A. Una giostra poco divertente… Le cose, però, possono cambiare se il nostro otto volante diventa estremamente piccolo, talmente piccolo che possa intervenire la simpaticissima Alice (del Paese delle Meraviglie), proprio la bimba che ci ha introdotto nel mondo della Meccanica Quantistica.

Barriere energetiche

Mettiamo, allora, da parte l’otto volante, ma teniamo bene a mente che l’impossibilità di arrivare fino a C rappresenta una barriera della vita quotidiana, una barriera energetica, qualcosa di molto simile alla parete che colpivamo con la pallina da tennis sperando di passarle attraverso. Per superare la barriera o arrivare fino alla cima della giostra, in C, il problema è lo stesso: bisogna essere in grado di superare una barriera energetica, ossia riuscire ad avere in regalo dell’energia che la meccanica classica non può assolutamente darci.

Abbiamo cambiato scenario, siamo diventati piccolissimi e riusciamo a vedere gli atomi. Che belli, con quel loro nucleo e tutti quegli elettroni che girano attorno, al pari di api attorno a un alveare. In realtà, assomigliano molto a delle api. Sembra di vederli. Esprimiamoci meglio. Siamo sicuri che ci siano, ma non è assolutamente facile vederli. Dobbiamo accettare la verità: sappiamo che gli elettroni ci sono, ma dobbiamo ammettere di non vederne nemmeno uno. Sicuramente vanno troppo veloci. Se ci fissiamo su una certa posizione, dove sappiamo che l’elettrone deve sicuramente esistere, non lo vediamo perché non sappiamo assolutamente la traiettoria che sta seguendo, ossia, parlando seriamente, non conosciamo la sua quantità di moto. Se invece riusciamo a calcolare esattamente quest’ultima quantità, perdiamo completamente la possibilità di stabilirne la posizione.

Bene, è inutile proseguire, sapete bene di cosa parlo: di uno dei principi fondamentali del mondo di Alice, ossia il Principio di Indeterminazione di Heisenberg, che ci dice che non si possono conoscere accuratamente la velocità e la posizione di una particella. Gira e rigira questo principio è sempre pronto a romperci le scatole. Lo ha fatto nell’esperimento delle due fenditure, lo fa nella definizione del modello atomico attraverso gli orbitali e continua a farlo in mille altre situazioni.

Per chi non fosse già amico intimo del mondo di Alice, faccio un esempio molto intuitivo del principio di Heisenberg, uno dei capisaldi di tutta la MQ e non solo (ci servirà ancora molto). Supponiamo di avere un segnale che varia nel tempo, proprio come un'onda, e che si voglia sapere, in un certo istante, la frequenza esatta del segnale. Purtroppo, è  impossibile! Infatti, per poter determinare la frequenza, è necessario seguire il segnale per un certo intervallo di tempo, almeno coprire un periodo dell’oscillazione. Facendo così, però, si perde automaticamente la precisione dell’istante in cui si ottiene l’informazione. Insomma, o si ha l’istante preciso o si ha la frequenza. Non si possono avere entrambi… Lo stesso concetto vale per la quantità di moto (o velocità) e la posizione o per il tempo e l’energia.

Esprimiamolo attraverso una semplice formuletta:

dx dq ≥ h/4π

dx è l’errore commesso sulla posizione e dq quello commesso sulla quantità di moto. Il loro prodotto non può essere inferiore a una certa costante che contiene nientedimeno che la costante h di Planck, che ormai conosciamo benissimo. Se un errore diventa piccolissimo, l’altro è costretto a crescere di molto.

Lasciamo da parte, per un attimo, il nostro sciame di api che gira attorno al suo alveare e pensiamo a quell’atomo che ci si para d’avanti. Non vediamo un vero e proprio muro e nemmeno un otto volante, però una barriera c’è di certo. Essa è quella che non permette a cariche di segno uguale di andarsene per strade opposte. Le api  “positive” che stanno all’interno dell’alveare vorrebbero allontanarsi tra loro, ma l’interazione nucleare forte lo vieta e le costringe a restare in quel "buco" che sembra senza uscita. Analogamente, gli elettroni sotto l’azione dell’interazione elettromagnetica, vorrebbero entrare, attratti dalle api positive, e invece sono tenuti a distanza. Che strano alveare è l’atomo! Le due forze, nucleare forte ed elettromagnetica, sembrano lottare una contro l’altra e creare barriere insuperabili.

Siamo proprio nelle stesse condizione della pallina da tennis che sbatte contro al muro o -ancora meglio- nelle condizione del carrello dell’otto volante che vorrebbe salire fino a C. Per superare una barriera energetica insuperabile è necessaria un’energia che proviene da qualche personaggio da fiaba.

Scavare un tunnel nell’otto volante

Ritorniamo alla Fig. 2 dell’ottovolante e vediamola a livello microscopico. Abbiamo delle particelle che stanno nel buco nei pressi di B e delle altre particelle che, invece, se ne stanno in D. Quelle in B vorrebbero salire fino a C e poi cadere verso D. Quelle in D vorrebbero salire fino in C per scendere in B e, poi, andarsene ognuna lontana dalle altre. La cosa migliore per accontentare entrambi i gruppi di particelle sarebbe quello di scavare un tunnel attraverso la “montagna” che ha come cima C. Forse qualche nostro ex ministro penserebbe anche di riuscirci, attraverso l’incompetenza, ma la MQ lo fa per davvero…

La spiegazione di tutto sta, in pratica, nelle definizione di “particella” che non è né onda né corpuscolo, ma viene ben  rappresentata da una funzione d’onda probabilistica, come abbiamo visto, ad esempio, nella QED e nell’introduzione alla MQ, ma anche in tante altre occasioni. Ciò vuol dire che la reale posizione di una particella è legata alla probabilità che essa ha di trovarsi in un certo punto. In parole povere, potremmo dire che la posizione di una particella che sta in uno dei due buchi descritti prima (B e D) può anche avere una possibilità non nulla di trovarsi  al di là della montagna. In fondo, anche quella posizione così assurda può avverarsi.

Ciò si può tradurre visivamente nella Fig. 3. La particella descritta dalla sua onda probabilistica si avvicina alla barriera teoricamente impenetrabile. Ebbene se la barriera energetica non è troppo spessa, l’onda riesce a proseguire attraverso di essa, diminuendo la sua ampiezza, e si ritrova, pur estremamente ridotta, al di là del muro. Il fatto che abbia ridotto la sua ampiezza vuol solo dire che è diminuita di molto la probabilità di eseguire questo esercizio, del tutto magico per la nostra vita quotidiana.

Figura 3
Figura 3

Se non amiamo troppo le onde e le funzioni d’onda, espresse con formule sicuramente non semplici, possiamo spiegare la situazione riprendendo il principio d’indeterminazione. Se conosciamo sempre meglio la posizione di una particella (vicinissima alla parete invalicabile) siamo costretti a non conoscere la sua direzione di movimento o la sua velocità e questa può anche averla portata al di là del muro.

E’ ancora più evidente la soluzione se si considera il principio d’indeterminazione quando coinvolge il tempo e l’energia. La formula è praticamente la stessa:

dE dt > h/4π

Se il tempo si riduce quasi a zero, l’energia può assumete valori del tutto inaspettati anche molto grandi. In particolare, l’energia può superare la barriera che teoricamente non potrebbe superare. Questa situazione è analoga a quella che ci dice che in tempi estremamente corti si può anche creare energia dal nulla. L’importante è che tutto torni alla situazione precedente in una frazione infinitesima di tempo. Se ci pensate bene, questo è quanto abbiamo detto relativamente alla creazione di energia nel vuoto quantico… Ma non allarghiamo tropo il discorso.

Una magia usata tutti i giorni

Sembra di parlare di pura teoria e, invece, le stelle  non riuscirebbero  a vivere senza questo effetto (loro hanno tanti atomi…). In particolare, non riuscirebbe a superare la forza nucleare forte che tiene unito l’atomo. Senza l’effetto tunnel non ci sarebbe, perciò, decadimento radioattivo, il fenomeno che fa scappare particelle dall’interno del nucleo verso l’esterno… ma non riuscirebbero nemmeno a unire due nuclei atomici e quindi  a ottenere la fusione nucleare o la cattura degli elettroni da parte del nucleo. Non ci sarebbero nemmeno i trasporti di elettroni che ci permettono di costruire i microscopi a effetto tunnel e cento altre applicazione che stanno evolvendo dalla tecnologia dei computer fino alla medicina più sofisticata.

Insomma, le stelle e molte altre cose non potrebbero esistere…

Non ho voluto inserire formule (non difficilissime a un primo livello, ma che diventano mostruose se si introduce la funzione d’onda). Tuttavia, con quanto già sappiamo sulla MQ, direi che l’effetto può essere compreso perfettamente a livello concettuale.

Riassumendo:

L'Effetto Tunnel è la capacità che possiedono le particelle quantistiche di attraversare una barriera energetica più alta dell'energia che avrebbero a disposizione!

10 commenti

  1. Alvermag

    Caro Enzo, immagino che anche la MQ, come qualunque teoria che si rispetti, sia dovuta passare sotto le forche caudine della verifica sperimentale.

    Un conto però è verificare una teoria deterministica (date le premesse, la conclusione è unica ed incontrovertibile) altra cosa è verificare una teoria statistica.
    La questione sembra complicarsi ulteriormente se devo verificare un effetto che non è solo anti intuitivo ma che appare semplicemente assurdo: il riferimento all'effetto tunnel non è affatto casuale.

    La domanda dunque è: come si fa a verificare sperimentalmente l'effetto tunnel? Si prende una manciata di fotoni della stessa energia (diciamo un fascio laser ... non per risvegliare brutti ricordi ma si serve come esempio!), si bombarda un insieme di atomi d'idrogeno e poi si verifica se qualche elettrone è stato protagonista di una transizione energeticamente proibita (ovvero emissione di qualche fotone troppo energetico)?
    Inoltre, visto che la statistica prevede una percentuale di probabilità per ciascuno stato possibile, la verifica dovrebbe confermare anche detta probabilità: chessò, su 1 miliardo di fotoni ce ne sarà sempre 1 che si comporta in modo da far pensare all'effetto tunnel. Allora la questione è: l'esperimento è in grado di valutare le percentuali previste dalla teoria per ciascuno stato possibile?

    In sintesi: qual è il legame tra teoria e verifica sperimentale in questi casi? Di MQ ho letto in lungo ed in largo (ovviamente ai livelli che posso ... digerire) ma, pensandoci bene, questo aspetto non l'ho mai approfondito.

    Grazie .. della pazienza!

  2. diciamo che l'effetto tunnel diventa una conseguenza della teoria quantistica che è stata provata attraverso esperimenti di tutti i generi (vedi doppia fenditura e cento altri). Inoltre la verifica sperimentale più grande è l'esistenza delle stelle e della radioattività. Questa verifica permette di risalire ai tempi scala del fenomeno. Dopo questo tipo di verifica "alla grande" è stato ed è comunemente usato in tante apparecchiature, primo fra tutti il microscopio a effetto tunnel che si basa proprio sul far passare elettroni da un elemento a un altro. Ovviamente la probabilità è quella che è... ma di elettroni ce ne sono tanti e si stabiliscono bene i tempi in cui si ottiene il passaggio.
    Come credi che siano calcolati i tempi di dimezzamento degli elementi radioattivi? proprio sulla base della frequenza dell'effetto tunnel nei vari atomi...

  3. Alvermag

    Come come Enzo???
    Accidenti, potresti spiegarmi meglio come funziona il calcolo del tempo di dimezzamento radioattivo ??

    Scusami Enzo ma ho parecchie curiosità sulla faccenda .. probabilistica. Adesso ci hai messo dentro anche il tempo di dimezzamento e la questione si allarga. La domanda che ti ho posto è la prima parte di una domanda più generale che cerco di esporre in modo ... intellegibile:

    Allora, diciamo che l'energia si trasferisce da un punto all'altro del cosmo (o, più modestamente, da un punto all'altro di un qualunque sistema fisico) ad una velocità pari a c. Bene.
    Prendiamo il sistema Terra-Luna ed i reciproci effetti mareali:

    1. La gravità "differenziale" della Luna deforma la Terra,
    2. La Terra, a causa degli attriti di deformazione, perde parte della sua energia di rotazione rallentandola,
    3. La Luna allora si allontana un pò dalla Terra per garantire il rispetto del principio di conservazione del momento angolare.

    C'è - mi sembra di poter dire così - un continuo andirivieni di informazione "energetica" che si trasmette da un corpo all'altro in un certo tempo (a meno di considerare Terra e Luna entangled, cosa che escluderei!).
    Nell'intervallo temporale di trasferimento i vari principi di conservazione non dovrebbero essere rispettati. Una volta lessi che, in effetti, tali principi NON sarebbero validi "passo-passo", nel senso che alla "sparizione" di una certa energia da un punto non corrisponde l'istantanea "comparsa" di una stessa quantità di energia in un altro: se si potesse fare un bilancio energetico in quell'intervallo temporale il principio non sarebbe quindi rispettato.
    Siccome l'effetto tunnel sembra fatto apposta per violare diversi principi di conservazione, ti chiedo se la questione può essere ricondotta all'interno di uno schema di violazione più generale (che coinvolge anche il macro e non soltanto il microcosmo) oppure se ho scritto una quantità industriale di ... fesserie.

    N.B.: Certo che la luce, con la sua velocità finita, ne fa di danni ... :wink:

    Ciao Enzo e grazie.

  4. caro Alvy,
    stiamo calmi... nessuna situazione anomala. L'energia viaggia a volte con la luce a volte no (vi sono molte forme di energia). Tuttavia, non capisco perché non dovrebbe conservarsi... L'energia gravitazionale esiste in relazione alla distanza ed è calcolabile istante per istante. No, non riesco a vedere il problema... E inoltre nemmeno sappiamo come si trasmette la forza gravitazionale... Per Einstein non c'è bisogno di qualcuno che la trasporti... è solo una deformazione istantanea dello spazio-tempo.
    Riguardo al tempo di dimezzamento è una cosa abbastanza ovvia: il decadimento radioattivo presuppone che qualcosa esca dal nucleo, superando la forza forte. Ci vorrebbe un'energia che non c'è e quindi ecco l'effetto tunnel. Ovviamente, la probabilità che capiti dipende dall'atomo, dall'energia del nucleo e dalla barriera. Ne segue che ogni elemento ha una sua probabilità e questo si ricollega direttamente al tempo di dimezzamento.
    Il fatto che in certe condizioni si leda la conservazione penso che si riferisca al vuoto quantico, dove per istanti brevissimi si ha un pacchetto di energia che nasce dal nulla, ma questa situazione è conforme al principio di Heisenberg... Ed è anche l'energia che potrebbe avere innescato il cambiamento di fase che ha portato all'inflazione, ecc., ecc.

    Penso di non aver capito il succo profondo... abbi pazienza... :roll:

  5. Alvermag

    Beh Enzo, alcune risposte me le hai comunque date.

    "E inoltre nemmeno sappiamo come si trasmette la forza gravitazionale…Per Einstein non c’è bisogno di qualcuno che la trasporti… è solo una deformazione ISTANTANEA dello spazio-tempo. "

    Ecco Enzo, quel termine: ISTANTANEA mi suscita riflessioni.

    Io pensavo che qualunque segnale nel cosmo potesse viaggiare ad una velocità MASSIMA pari a c, con esclusione di due soli casi:
    - l'espansione dello spazio
    - i fenomeni di entanglement quantistico.

    Tu mi dici che l'energia a volte non viaggia alla velocità della luce: Vuoi dire che può viaggiare a velocità superiori? E che anche la forza gravitazionale si può trasmettere a velocità superiori a c?

    La questione di fondo è allora questa: se l'energia si trasmette SEMPRE istantaneamente, nessun problema. Se però così non fosse (cosa che ho sempre pensato e creduto di sapere) il problema mi sembra che esista; riprendendo l'esempio del sistema Terra-Luna la sequenza che ho indicato intende proprio riferirsi ala (mia) supposizione che quelle fasi avvengano una di seguito all'altra: la Luna cioè si allontana un pò di più SOLO DOPO che ha ricevuto il "messaggio" che la Terra ha un pò rallentato la sua rotazione. C'è quindi (ci sarebbe) un intervallo temporale in cui la Terra ha già rallentato ma la Luna non si è ancora allontanata del dovuto. Il bilancio energetico all'interno di quell'intervallo temporale sarebbe allora il seguente:
    - il momento angolare della Terra è diminuito
    - il momento angolare della Luna non è ancora aumentato
    CONCLUSIONE: il momento angolare del sistema non si è conservato, sempre, beninteso, all'interno di quell'intervallo temporale. Siccome però l'effetto è continuo il momento non si dovrebbe conservare affatto!! Cacchio, sto smontando la fisica.

    Enzo, a me sembra che la questione sia tutt'altro che banale. Non sarebbe il caso di dedicare un articolo a chiarimento della questione generale? Probabilmente sono io a vedere le cose in modo dissennato ma, non ti sembra che il dubbio (in persone del mio basso livello scientifico) sia lecito e vada rimosso al più presto in modo convincente?

    Io nell'articolo ci spero, però fai tu.

    In quanto alla pazienza, mi sa che ne hai più di Giobbe.

  6. caro Alvy,
    se la gravità è una deformazione dello spazio tempo, nessuno deve mandarci un segnale o un'informazione. Se la terra acquista una certa energia potenziale rispetto a un altro oggetto, non vedo perché l'altro oggetto non debba risentire nello stesso momento degli effetti della sua energia di posizione. Altre forme d'energia si modificano per contatto, altre attraverso l'arrivo dei fotoni che trasportano quella elettromagnetica. In questo caso è vero che per avere un certo effetto è necessario che l'informazione giunga a destinazione. Ma finché non arriva l'oggetto non subisce alcuna modifica. Quando arriverà si comporterà di conseguenza. Acquisterà energia e agirà in modo da conservare l'energia che possiede. La conservazione riguarda il sistema che si considera: un oggetto può perdere o acquistare energia, ma è lui che lo fa. La sua risposta può poi modificare quella di un altro sistema, che agirà di conseguenza.
    Quando un atomo invia un fotone attraverso il suo elettrone, conserva la sua energia (energia cinetica e energia elettromagnetica). Quando il fotone arriva sulla Terra il punto colpito riceve energia e agisce in modo da conservare la sua energia.
    Devi sempre pensare a un sistema isolato.
    La gravità è una forza che agisce a distanza, ma la forza, che è quella che genera energia (l'energia è un lavoro compiuto dalla forza), agisce contemporaneamente sulla Terra e sulla Luna. Pensa al campo gravitazionale che esiste sempre in ogni punto...
    Insomma, non vedo la necessità dell'intervallo di tempo...

  7. Alvermag

    OK Enzo, ci ragiono sopra.
    Grazie

  8. caro Alvy,
    cerca di ragionare nel caso più semplice della conservazione dell'energia meccanica. E' proprio il caso trattato nell'articolo. Ad ogni istante l'energia del sistema si conserva. La stessa cosa si può estrapolare a un sistema formato da due corpi soggetti alla forza di gravità. Uno si sposta rispetto all'altro e quello che si perde in energia potenziale lo si guadagna in energia cinetica. Questo vale istante per istante e non c'è nessun bisogno che arrivi una certa informazione... Nuovamente l'energia del sistema formato dai due corpi si conserva. Se metti uno in rotazione rispetto all'altro non cambi le forze in gioco e quindi l'energia continua a conservarsi in modo analogo. Mi raccomando, però, di non mischiare momento angolare con energia... Si conserva l'energia e si conserva anche il momento angolare, ma sono due cose diverse....

  9. Alvermag

    Si certo, Enzo, che siano due cose diverse lo so (almeno questo, altrimenti è meglio che mi vada a vedere i programmi demenziali della RAI abbandonando il blog!). Ho usato in senso lato (ed improprio) il termine energia parlando di momento angolare.

    Allora, credo di aver capito l'errore che faccio. Non consideravo che il sistema Terra-Luna comprende anche il comune campo gravitazionale.
    L'energia che si trasmette rimane comunque all'interno del sistema (Terra, Luna o campo che sia), conservandosi.

    Nella mia visione errata sono tornato a considerare l'azione a distanza che andava di moda una volta: tra Terra e Luna il nulla!
    E pensare che questi concetti li ho ben presenti. Mah, si vede che non bisogna mai abbassare la guardia.
    Ho proprio fatto una figura barbina :oops: :oops:
    Eh, vabbè.

    Alla prossima Enzo e grazie di nuovo.

  10. caro Alvy,
    penso che prima o poi parlerò anche di energia in senso molto generale, dato che è la cosa più difficile da definire. L'importante è non farsi trascinare dalle varie forme di energia che si descrivono normalmente. Sono tutti metodi per descrivere problemi particolari legati a forze particolari o a trasformazioni particolari.
    Bisogna tener presente che esiste energia quando c'è una forza che agisce o per contatto o a distanza. Nel secondo caso si parla anche di campo di forze e viene molto utile per i calcoli. Inoltre, l'energia può esprimersi in due soli modi: potenziale e cinetica. La prima esiste solo perché un corpo si trova in una certa posizione nello spazio ed è soggetto a un certo insieme di forze. La seconda è l'energia che si acquista nel movimento. La somma di queste due energie deve conservarsi. Tutte le altre energie sono riconducibili sempre a queste due. Ad esempio, quella termica non è altro che energia cinetica delle particelle e via dicendo... Anche il fotone, in fondo, ha un'energia cinetica in quanto rappresenta un movimento all'interno di un campo di forze (quello elettromagnetico). Conviene, però, prima capire bene il significato di energia nella meccanica classica. Solo dopo si possono vedere tutti i risvolti che può prendere l'energia...
    Ripeto, il vagoncino del luna park è più che sufficiente a capire il significato di energia e della sua conservazione. Tutti gli altri casi tornano a lui concettualmente, anche se sembra impossibile. Il vantaggio è che in quel caso le due forme di energia sono perfettamente "visibili" e controllabili...

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