Fisica generale 3

A.A. 2019/2020
9
Crediti massimi
89
Ore totali
SSD
FIS/01 FIS/02 FIS/03 FIS/04 FIS/05 FIS/06 FIS/07 FIS/08
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento di Fisica Generale 3 ha lo scopo di fornire i concetti di base della relatività ristretta e della meccanica quantistica. Ha come finalità una revisione dei concetti base della meccanica classica e dell'elettromagnetismo alla luce delle relatività e della fisica quantistica con particolari attenzione ad aspetti fondamentali e unificanti della ricerca fisica quali i principi di conservazione, le simmetrie e il loro significato fisico con alcune aperture verso alcune scoperte recenti.
Risultati apprendimento attesi
Padronanza degli argomenti del programma; conoscenze di base di relatività ristretta e di meccanica quantistica; capacità di analisi e di sintesi che consentono agli studenti di discutere in maniera qualitativa e quantitativa alcuni aspetti essenziali della descrizione fisica del nostro universo.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
La teoria della relatività e la meccanica quantistica costituiscono le basi concettuali della visione moderna del mondo fisico. La loro conoscenza ha cambiato radicalmente sia la nostra rappresentazione del mondo sia il ruolo che abbiamo in esso. Riguardando le nozioni di spazio, di tempo, di interazione, di oggetto e di significato intrinseco di legge fisica, tali teorie dovrebbero far parte, almeno nelle loro linee essenziali, del patrimonio culturale di ogni persona interessata alla scienza. Inoltre la loro estrema eleganza formale e concettuale è un esempio emblematico del potere esplicativo della matematica nella fisica.

Il corso, a partire dalle difficoltà concettuali che derivano dall'impossibile convivenza dell'elettromagnetismo con la meccanica classica, ha come obiettivo l'introduzione alla relatività ristretta e alla meccanica quantistica con particolare attenzione al loro significato fisico e alle loro vaste implicazioni concettuali. Quando opportuno e/o possibile, si effettueranno anche esperimenti dalla cattedra e ci si avvarrà della lettura di passi famosi tratti dalla letteratura scientifica.
Inoltre verranno forniti spunti di riflessione su alcuni problemi attuali della ricerca fisica.

Relatività ristretta: Equazioni di Maxwell e loro non invarianza per trasformazioni di Galileo. Il potenziale vettore. Che cos'è una legge fisica. Richieste di invarianza sotto il gruppo euclideo e sotto il gruppo di Galileo. Le nozioni di spazio e di tempo. Lo spaziotempo.
Il principio di relatività. Ipotesi alla base delle trasformazioni di Lorentz. Trasformazioni di Lorentz. Il carattere relativo della simultaneità. Contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi. Composizione delle velocità. Lo spaziotempo di Minkowski. Scalari, vettori controvarianti e vettori covarianti, tensori. Quadrivelocità e quadrimomento, energia relativistica. Primi elementi di dinamica relativistica: la quadriforza e la quadriaccelarzione. Effetto Doppler e beaming relativistico. Formalismo relativistico per l'elettromagnetismo.

Meccanica quantistica
Risultati sperimentali di ottica dei fasci materiali. Equazione d'onda per i fasci di materia. Alcuni fatti sperimentali: la quantizzazione nelle interazioni. L'equazione di Schrödinger. Relazione di Einstein e di de Broglie. Principio di sovrapposizione. Interpretazione statistica della funzione d'onda. Introduzione del concetto di osservabile. Equazioni di Ehrenfest. Relazioni di incertezza di Heisenberg. Applicazioni dell'equazione di Schrödinger nel caso monodimensionale. Sistemi quantistici finito dimensionali. Stati, osservabili e formalismo generale della meccanica quantistica.
Prerequisiti
Competenze acquisite nei corsi di analisi e fisica generale.
Metodi didattici
Lezioni ed esercizi
Materiale di riferimento
Gasperini M. Manuale di Relatività Ristretta, Springer-Verlag Milan 2010
Rindler W. Introduction to Special Relativity, Oxford University Press, 1991.
F. Schwabl, Quantum Mechanics, Springer, 2007
C. J. Isham, Lectures on Quantum Theory, Imperial College Press, 2004
http://www0.mi.infn.it/~vacchini/qm/
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste di una prova scritta ed una prova orale.

- Nella prova scritta verranno assegnati alcuni esercizi atti a verificare la capacità di risolvere problemi di meccanica quantistica e relatività. La durata della prova scritta è commisurata al numero e alla struttura degli esercizi assegnati, ma non supererà comunque le tre ore.
- Alla prova orale accedono solo gli Studenti che hanno superato la prova scritta dello stesso appello d'esame. Durante la prova orale verrà richiesto di illustrare alcuni risultati del programma dell'insegnamento, nonché di risolvere qualche problema di meccanica quantistica e relatività, al fine di valutare le conoscenze e la comprensione degli argomenti trattati, nonché la capacità di saperli applicare.


L'esame si intende superato se vengono superate la prova scritta e la prova orale. Il voto è espresso in trentesimi e verrà comunicato immediatamente al termine della prova orale.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE - CFU: 0
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 0
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA - CFU: 0
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE - CFU: 0
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 0
FIS/06 - FISICA PER IL SISTEMA TERRA E PER IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE - CFU: 0
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) - CFU: 0
FIS/08 - DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA - CFU: 0
Esercitazioni: 44 ore
Lezioni: 45 ore
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Giovedì, dalle 11 alle 12 previo appuntamento
Studio 2° piano ex IFGA - Dipartimento di Fisica, via Celoria, 16 Milano