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10/10/16

I Papalli nel Mondo Subatomico (3): Quel gran giocherellone del fotone

I papallini nel loro viaggio nel mondo subatomico avevano già incontrato alcuni dei suoi bizzarri abitanti dal carattere e dal comportamento mutevoli.

Gli abitanti del mondo subatomico tra di loro amano definirsi amichevolmente come “particelle” e la scorsa volta (qui ) tutti avevano apertamente ammesso che senza Flash il fotone nessun gioco sarebbe stato possibile...

Flash il fotone, fra tutti, è decisamente quello più veloce... in un solo secondo lui è capace di percorrere circa 300.000 Km... nessuno nell'Universo può correre così veloce.

Figura 1: Velocità della luce

In giro si mormora che ciò sia possibile perché lui non pesa proprio nulla... e per nulla si intende proprio nulla... non è semplicemente leggerissimo, ma è totalmente privo di massa, tanto da sembrare etereo come un fantasma... eppure sa farsi sentire tanto da risultare indispensabile per svolgere qualunque gioco.

Flash il fotone, che di comunicazione se ne intende, si accorge subito delle facce perplesse dei papallini e senza troppi giri di parole chiede: come pensate che facciano Ella e Trone a respingersi, senza comunicare fra loro?

Gulp, non saprei risponde PapalPierino.... sono telepatici, oppure ognuno sa dove si trova l'altro?

Tony, il protone, guarda PapalPierino e scuote la testa... non penso proprio caro PapalPierino... devi sapere che qui nel mondo subatomico c'è un proverbio che recita: più tenti di conoscere dove si trovano in certo istante Ella o Trone, più diventa difficile sapere qual è la loro traiettoria e la loro velocità... e viceversa...

Nel mondo subatomico sembra proprio che l'indeterminazione regni sovrana e non a caso il proverbio ha fatto il giro dell'Universo, a tal punto che addirittura lo conoscono anche i terricoli, solo che loro lo chiamano : “Principio di indeterminazione di Heisenberg”

Questa bizzarra caratteristica di Ella e Trone (e anche di altre particelle) assomiglia a un gatto che si morde la coda... se per caso si riesce a individuare con estrema precisione la loro posizione diventa impossibile conoscere verso dove si dirigono ed a quale velocità e viceversa.

Non si può avere tutto, per cui in genere conviene accontentarsi di sapere che si trovano più o meno in una certa zona, dove è più probabile che siano, senza la pretesa di determinare con precisione la loro posizione in un certo istante, poiché ciò renderebbe impossibile anche solo stimare la loro velocità e traiettoria dopo l'avvistamento...

Non conviene giocare a nascondino con loro... perdi di sicuro... sono imprevedibili, te li puoi trovare di qui o di là, al limite puoi solo provare a cercarli dove è più probabile trovarli... come quando costruiscono i gusci intorno al nucleo di un atomo... quello è il luogo dove è più probabile trovarli, ma non puoi sapere dove sono esattamente in un certo istante .... loro si muovono continuamente e se tenti in qualche modo di scoprire esattamente qual è la loro posizione non puoi più sapere dove ricompariranno...

Figura 2 Elettrone ed Indeterminazione
Figura 2: Elettrone ed Indeterminazione

Non è così semplice trovare Ella e Trone e questo vale anche per loro per cui Ella non sa dove si trova esattamente Trone e viceversa...

Se vogliono giocare insieme, con le loro uguali cariche negative che li portano a respingersi l'un l'altro, hanno bisogno di comunicare tra loro, di avvisarsi di tenersi alla larga...

Flash il fotone è molto più veloce di Ella e Trone... e sembra proprio l'unico in grado di avvisare in tempo i due bizzarri elettroni che si stanno pericolosamente avvicinando.

Per recapitare il messaggio, però, il veloce postino subatomico deve trovare dove si trova il destinatario....

Flash il fotone ha escogitato un sistema davvero particolare.

Il trucco assomiglia molto alla tecnica usata da papalsaggio per vincere il gioco della mosca cieca nello stagno.

Il gioco è molto semplice: il concorrente è bendato e si trova su una torretta al centro di uno stagno.

Nei dintorni si nasconde una barchetta in movimento. Il concorrente deve cercare di individuare la barchetta.

Ovviamente la barchetta potrebbe trovarsi ovunque e se nulla la disturba lei rimane silenziosa, ma se qualcosa la disturba emette un suono...

I concorrenti prima di recarsi al centro dello stagno possono prendere dei sassi, delle dimensioni che vogliono, tanti quanti riescono a trascinarsi dietro....vince chi individua la barchetta usando il minor numero di sassi.

Sono in molti a provare, ma la barchetta in movimento potrebbe trovarsi ovunque ed è piuttosto improbabile riuscire a colpirla, per cui falliscono tutti..

Alla fine si alza papalsaggio che spiazzando tutti afferma: io posso farcela usando un solo sasso, ma molto, molto, grosso.

PapalSaggio, si posiziona sulla torretta al centro dello stagno con una grossa pietra, tira la pietra nello stagno, l'impatto produce un'onda che si dirama in ogni direzione, finché raggiunge la barchetta che inizia a dondolare e suonare...

Figura 3 Un sasso nello stagno
Figura 3: Un sasso nello stagno

L'onda è molto più efficace per raggiungere i destinatari e guarda caso Flash il fotone non solo è velocissimo ma è anche in grado di comportarsi come un'onda per poi tornare a comportarsi come una particella appena l'onda sfiora il destinatario.

Figura4 Fotone Onda e particella
Figura4: Fotone Onda e particella

Non si può sfuggire a Flash il Fotone... e nemmeno Ella e Trone possono far nulla per sfuggire alla velocissima onda...

Ella e Trone, però, sono ben felici di questa strabiliante capacità di Flash il fotone, poiché grazie a lui possono finalmente comunicare fra loro... non possono toccarsi, dato che si respingono, però nessuno può vietargli di scambiare due chiacchiere.

PapalPierino come al solito non riesce proprio a trattenersi, lui non può fare a meno di porre la sua domanda: ma i fotoni sono tutti uguali ?

Flash il fotone sorridendo risponde a PapalPierino con una domanda simile: ma i papalli sono tutti uguali?

Beh, no, proprio uguali no... certo abbiamo alcune caratteristiche comuni, ma non siamo proprio identici, risponde PapalPierino.

La stessa cosa, caro papalPierino, vale anche per noi fotoni, abbiamo delle caratteristiche comuni, ma anche degli aspetti che ci distinguono.

Noi fotoni viaggiamo tutti alla stessa identica insuperabile velocità ed abbiamo tutti la stessa capacità di comportarci come un'onda o come uno dei tanti abitanti del mondo subatomico (particella).

La velocità è sempre la stessa al di là del comportamento che assumiamo, perciò anche quando giochiamo a fare l'onda, questa viaggia sempre alla stessa identica insuperabile velocità (circa 300.000 km/sec).

Noi fotoni siamo un po' i postini dell'Universo e se non incontriamo ostacoli possiamo trasportare il nostro prezioso carico di informazioni per distanze inimmaginabili.

Anche se siamo disponibili a giocare e donare il nostro prezioso carico, abbiamo anche noi le nostre preferenze e tra l'altro bisogna vedere se in quel momento abbiamo voglia di giocare con altri. Il nostro, è un carattere imprevedibile!

Non è solo questo, però, che ci distingue e per certi versi ci rende unici... ad esempio: non tutte le onde sono uguali!

Hai ragione, esclama PapalMafalda, con la tipica aria di chi ha già capito dove vuole arrivare Flash il fotone. Proprio la scorsa settimana siamo stati tutti insieme in vacanza al papalmare e ci siamo divertiti molto a giocare con le onde.

Abbiamo anche provato a misurare la loro lunghezza in giornate diverse, con diverse condizioni del papalmare.

Le onde si susseguono l'un l'altra, come tante singole onde una appiccicata all'altra.. appena una finisce inizia l'altra, per cui per conoscere la loro lunghezza abbiamo misurato la distanza tra un'onda e l'altra usando come riferimento lo stesso punto, ossia la sua cresta solcata dai nostri papalsurf.

Figura 5 Lungheza d'onda
Figura 5: Lungheza d'onda

Non solo le onde possono avere una diversa lunghezza, ma i papallini che cavalcano le onde più corte devono fare molta più fatica per cavalcare l'onda che è decisamente più turbolenta ed energetica rispetto a quella più lunga, esclama PapalMafalda.

Flash il fotone è felicissimo della rappresentazione offerta da PapalMafalda.

Hai capito benissimo cara PapalMafalda, esclama Flash il fotone, più l'onda è corta più è grande la sua energia, più è lunga più è piccola la sua energia.

Le nostre onde possono essere diverse, come quelle del mare descritte da PapalMafalda e quindi alcuni di noi sono più turbolenti ed energetici di altri.

PapalMafalda, aggiunge che oltre a misurare la lunghezza delle onde nelle stesse giornate, hanno anche provato a misurare con quale frequenza le onde scorrevano.

Come al solito era stato PapalPierino e le sue continue domande a convincere i papallini a cercare di capire quante onde passavano tra una torretta e un altra in 1 secondo.

Figura 6 Frequenza d'onda
Figura 6: Frequenza d'onda

PapalGiocondo deve cavalcare un'onda più turbolenta rispetto a PapalMafalda ed è del tutto evidente che maggiore è la frequenza con cui passano le onde, maggiore è la loro turbolenza, la loro energia, mentre minore è la frequenza,  più sono “tranquille” e poco energetiche.

Di nuovo Flash il fotone è entusiasta di PapalMafalda e si limita a far notare due aspetti importanti.

PapalMafalda e PapalGiocondo impiegano sempre lo stesso tempo per percorrere la distanza tra le due torri, per cui la velocità con cui vengono trasportati dall'onda è la stessa, al di là della diversa frequenza e lunghezza dell'onda.

Questo è proprio ciò che accade a tutti noi fotoni: la velocità è la stessa per tutti, dai più energetici fino ai più fiacchi...

E' del tutto evidente che più le onde sono corte maggiore è la frequenza con cui passano, più sono lunghe minore è la frequenza con cui passano.

Tra noi, i fotoni più energetici sono quelli associati alle onde più corte che passano con maggior frequenza, mentre quelli meno energetici sono associati a onde più lunghe che passano con minor frequenza.

PapalPierino, come al solito deve porre la sua domanda: ma come si misura la frequenza di un'onda?

PapalMafalda guarda con aria perplessa PapalPierino: ma come non ti ricordi il trucchetto che ci ha insegnato PapalHertz?

PapalSempliciotto si è piazzato sulla torretta con il suo cronometro nuovo di pacca ed ha iniziato a controllare quanto tempo impiega un'onda per scorrere interamente, da cresta a cresta.

Ha aspettato per giorni le giuste condizioni del papalmare, per cercare la sua onda di riferimento, capace di scorrere interamente davanti ai suoi occhi in 1 secondo preciso.

Le onde si ripetono ciclicamente, per cui la sua tanto amata onda di riferimento ci mette 1 secondo per scorrere interamente, ossia per compiere un intero ciclo prima che inizi la cresta dell'onda successiva.

PapalSempliciotto è felice, lui è certo che la sua onda di riferimento passa con una frequenza di 1 onda ogni secondo, o meglio compie 1 ciclo in 1 secondo....

In onore di PapalHertz la frequenza di quest'onda viene considerata pari a 1 Hertz

1 Hertz = 1 onda/1 secondo = 1 ciclo/1 secondo

Figura 7 Hertz e frequenza d'ondab
Figura 7: Hertz e frequenza d'onda

Come al solito non poteva mancare la domanda di PapalPierino: Ma voi correte così veloci, come si fa a distinguervi?

Perchè mi fai una simile domanda esclama Flash il fotone, tu sei perfettamente in grado di distinguere tra noi chi è più energetico e chi meno.

Quando qualcuno di noi raggiunge i tuoi occhi, questi sono perfettamente in grado di distinguere i fotoni più energetici da quelli meno energetici...

La colpa è un po' nostra che andiamo a giocare con la retina dei vostri occhi...

Grazie a questi giochi, voi ad ogni fotone, a secondo di quanto questo è turbolento, energetico, associate uno specifico colore.

Ai fotoni più tranquilli, dalle lunghe onde poco frequenti, viene associato il rosso, man mano che i fotoni sono più turbolenti, dalle onde sempre più corte e più frequenti, vengono associati gli altri colori: dall'arancione, al giallo, al verde, al cyano, al blu, al violetto...

Animazione Onde e Colori 100
Animazione: Onde e Colori

Caro PapalPierino, voi ci distinguete attraverso i colori...

Ci sono, però, fotoni ancora più energetici di quelli associati al violetto che la vostra vista non riesce a percepire e che possono produrre anche seri guai alla salute. In giro sono conosciuti come: ultravioletti, raggi x e raggi gamma.

Ci sono anche fotoni troppo “fiacchi” per essere percepiti dalla vostra vista e che in giro sono conosciuti come: infrarossi, microonde, onde radio.

Insomma tra noi Flash fotoni c'è spazio per tutti, e tutti, fiacchi e superenergetici, siamo egualmente importanti per svolgere una moltitudine di giochi diversi che coinvolgono gli altri abitanti del mondo subatomico... ed a dire il vero anche loro in effetti possono comportarsi come un'onda... ma di questo se ne parlerà nel prossimo racconto: Onda su Onda e la Favola delle probabilità.

 

Rimanete sintonizzati...Foto di Gruppo 3

 

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