Alla ricerca di una visione unitaria
dell’universo naturale…
Temodinamica (Clausius e ThomsonKelvin)
Teoria cinetica dei gas (Clausius,
Maxwell, Boltzmann, Einstein, Gibbs)
Una discrepanza tra termodinamica e
teoria statistica del calore: il valore delle
grandezze termodinamiche del sistema
anche all’equilibrio è soggetto a
fluttuazioni irregolari (pur essendo molto
rare le fluttuazioni molto grandi).
Ammettendo queste fluttuazioni Einstein
arriva a spiegare sia il moto browniano
sia la natura corpuscolare della luce.
Che cos’è il moto browniano e cosa ha in comune con la luce?
Il botanico Robert Brown aveva osservato nel 1828 che il polline nell’acqua si
divideva in corpuscoli che si muovevano in modo assai irregolare.
Nel corso dell’Ottocento si era tentato senza successo di spiegare i moti browniani
sulla base della luce incidente sulla soluzione, delle dimensioni delle particelle
sospese nell’acqua e della viscosità.
Einstein punta a dimostrare che la presenza dei moti browniani è
riferibile all’esistenza di atomi di dimensioni finite che urtano sui
corpuscoli di polline in sospensione nel fluido, ed è spiegabile
quindi sulla base delle fluttuazioni della pressione previste dalla
teoria cinetica.
La sorprendente conclusione di Einstein è che il numero di
Avogadro, cioè il numero di molecole contenute in una opportuna
quantità di sostanza, può essere ricavato semplicemente misurando
con un microscopio gli spostamenti medi dei corpuscoli in
sospensione. Una prova decisiva a favore dell’esistenza degli
atomi.
…e la luce?
Supponiamo – scrive Einstein – che i corpuscoli in sospensione
siano elettricamente carichi, allora essi emettono e assorbono
radiazione; il problema del corpo nero di Planck può allora
essere così riformulato: i corpuscoli sono gli oscillatori
elementari costituenti le pareti e il “fluido” nel quale sono
immersi è il campo di radiazione elettromagnetica della cavità.
Se si tratta il sistema complessivo secondo i dettami della teoria
statistica del calore e si accetta l’ipotesi di Planck della
quantizzazione dell’energia emessa e assorbita dai corpuscoli,
si deve concludere che anche la radiazione si comporta come
se fosse composta da particelle, le cui fluttuazioni di energia e
pressione sono responsabili dei moti dei corpuscoli.
Dalla teoria statistica ai quanti di luce! È il cammino che Einstein
seguirà anche nei successivi contributi alla teoria dei quanti.
Secondo il modello di Thomson
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Aumentando l'energia aumenta
la risoluzione. Le particelle
possono comportarsi come
onde la cui lunghezza d’onda va
come l’inverso dell’energia: più
piccola è la lunghezza d’onda
(più alta è l’energia) maggiore è
la risoluzione.
E = mc2 Una particella di massa
m può essere “creata” solo se si
dispone di abbastanza energia.
Gli acceleratori si basano su
questi due fondamentali
caratteri (quantistico e
relativistico) degli “oggetti”
microfisici e, allo stesso tempo,
permettono una loro verifica.
