Fisica generale 3

A.A. 2016/2017
Insegnamento per
9
Crediti massimi
89
Ore totali
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 delle 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.
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.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Esercitazioni: 44 ore
Lezioni: 45 ore
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, a mio avviso, 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
Alcuni risultati sperimentali di ottica dei fasci materiali. Equazione d'onda relativistica scalare per i fasci di materia (equazione di Klein-Gordon). Approssimazione non relativistica. 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.
Cenni sulle interazioni fondamentali: deboli e forti. Cenni sul modello standard e sul meccanismo di Brout-Englert-Higgs.
Propedeuticità
Fisica Generale 1 e 2
Prerequisiti e modalità di esame
Orale
Metodi didattici
Lectures and lab work
Attendance: highly recommended
Materiale didattico e bibliografia
Rindler W. Introduction to Special Relativity, Oxford University Press, 1991.
Hartle J. B. Gravity Pearson. 2007 (chapter 4 and 5)
F. Schwabl, Quantum Mechanics, Springer, 2007
C. J. Isham, Lectures on Quantum Theory, Imperial College Press, 2004
Periodo
Secondo semestre
Docente/i
Ricevimento:
Giovedì, dalle 11 alle 12 previo appuntamento
Studio 2° piano ex IFGA - Dipartimento di Fisica, via Celoria, 16 Milano
Ricevimento:
Venerdì ore 10-12
Via Celoria 16