Fondamenti della fisica

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/02
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso intende compiere uno studio storico-critico di alcuni passaggi centrali dell'evoluzione che ha portato allo sviluppo della fisica quantistica. Intende inoltre abituare lo studente alla lettura diretta dei lavori originali dei grandi classici, complementando in tal modo la formazione tradizionale, che e' necessariamente basata su trattazioni manualistiche. Si vuole infine illustrare degli studi recenti che, sulla base di nuovi risultati nella teoria dei sistemi dinamici, portano nuova luce su alcuni dei passaggi critici nell'evoluzione dalla fisica classica alla fisica quantistica.
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso lo studente avra'
1) compreso il problema del principio di equipartizione in meccanica statistica classica in connessione con la teoria dei calori specifici
2) imparato gli aspetti fenomenologici di base del problema della radiazione di corpo nero e letto la memoria di Planck del 17 Ottobre 1900
3) letto la memoria di Einstein del 1905 sui fotoni, e quella del 1912 sui calori specifici dei solidi.
4) imparato gli aspetti fenomenologici di base dello spettro di emissione nei gas.
5) letto la memoria di Heisenberg del Luglio 1925 sulla meccanica delle matrici.
6) compreso il passaggio, inventato da Schroedinger, dalla meccanica classica alla meccanica ondulatoria, come l'analogo
del passaggio dall'ottica geometrica all'ottica ondulatoria.
7) letto la memoria di Einstein, Podolsky e Rosen, sul problema della completezza della meccanica quantistica
8) letto il lavoro di Bell sulla disuguaglianza che porta il suo nome.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
1) Problema del corpo nero e dei calori specifici.
Lettura e discussione dei lavori di Planck sul corpo nero. Loro interpretazione da parte di Einstein in termini delle fluttuazioni di energia (articolo del 1909, e relazione alla conferenza Solvay del 1911). Relazione con il problema dei calori specifici: lettura e commento del lavoro di Einstein del 1906, e di quelllo successivo del 1917 contenente la sua deduzione della legge di Planck. Relazione con alcuni recenti lavori di ricerca sui fondamenti dinamici della meccanica statistica (problema di Fermi Pasta Ulam, e sue varianti - molecole poliatomiche; il problema dei tempi lunghi, da Boltzmann alla fenomenologia dei vetri). Rilevanza del teorema di Fluttuazione-Dissipazione (e sua dimostrazione matematica), come esprimente il secondo principio della termodinamica in termini microscopici.

2) Problema della stabilita' degli atomi, da Bohr a Bohr e Sommerfeld. Richiamo sulle variabili azione-angolo. Relazione con il problema della interazione radiazione materia, e cenno ad alcuni recenti lavori di ricerca, dalla identita' di Wheeler-Feynman allo spettro infrarosso dei cristalli ionici. Cenno al problema della creazione di coppie.

3) Lettura e commento del primo lavoro di Heisenberg e del primo lavoro di Schroedinger. L'interpretazione di Born. Cenno all'approccio di Nelson e a quello di Bohm, e critiche relative.

4) Il paradosso di Einstein, Podolsky, Rosen. Lettura e commento del lavoro originale, della critica di Bohr e della risposta finale di Einstein nella sua autobiofrafia scientifica. I lavori di Bell. Cenno ai risultati sperimentali.
Prerequisiti
Nozioni elementari di termodinamica: temperatura, calore, calori specifici, prima e seconda legge della termodinamica.

Nozioni elementari di meccanica quantistica: equazione di Schroedinger, livelli energetici, linee spettrali, osservabili quantistiche.
Metodi didattici
In due modalita' distinte: una parte di lezione frontale di tipo tradizionale, propedeutica alla lettura di un lavoro classico
che viene successivamente tenuta in aula.
Materiale di riferimento
Carati, Galgani, "Progress along the lines of the Einstein classical program", scaricabili in rete.
Inoltre copie di tutti gli articoli letti e discussi sono scaricabili in rete sul sito
users.mat.unimi.it/users/galgani
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso, volto prevalentemente ad accertare la comprensione sia degli argomenti tecnici affrontati, che dei lavori scientifici che durante il corso sono stati esaminati.
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Carati Andrea
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Ufficio - Dipartimento di Matematica - Via Saldini 50