Localizzazione (fisica)
L'atto di localizzare qualcosa, di trovare o definire la posizione di qualcosa, è un'idea di base della scienza moderna. In fisica, per dire cosa significa "localizzare" o "luogo", dobbiamo spiegare con chiarezza come facciamo il lavoro di localizzazione di qualcosa.
Per le cose che riguardano le nostre dimensioni, in genere usiamo due punti di partenza che tutti conoscono, e poi misuriamo da quei punti alla cosa che vogliamo dare una posizione. Potremmo iniziare con la roccia di Plymouth e la pietra di Blarney. Potremmo poi dire: "La nave del capitano Smith è a 1400 miglia da Plymouth Rock, in direzione della Pietra di Blarney". Oppure, in un altro caso potremmo dire: "La nave del capitano Jones può essere trovata tracciando una linea da Plymouth Rock alla Pietra di Blarney, trovando un punto a 700 miglia lungo questa linea da Plymouth Rock, prendendo una svolta a sinistra di 90° una volta raggiunto questo punto da Plymouth Rock, e poi percorrendo altre 90 miglia.
Se abbiamo un buon modo di conoscere le direzioni della bussola, possiamo dire qualcosa del tipo: "Andate tre miglia a nord di quella grande roccia bianca laggiù e poi andate due miglia a est di quel punto. Lì è dove ho messo l'oro".
Trovare la posizione di qualcosa è normalmente fatto vedendola da qualche parte, sentendola da qualche parte, sentendola da qualche parte, sentendola da qualche parte, ecc. A volte sappiamo dove si trova qualcosa guardando una fotografia, trovandola con il radar, o facendo un ping con il sonar.
È molto più difficile individuare un elettrone, un fotone o qualsiasi altra cosa di così piccolo. Possiamo costruire una sorgente luminosa che produce un solo fotone alla volta. Possiamo puntare la fonte di luce su un pezzo di pellicola fotografica, lasciare che la fonte di luce crei un fotone e poi sviluppare la pellicola fotografica. Se avessimo una pellicola fotografica molto sensibile che potesse essere oscurata da un solo fotone, troveremmo una minuscola macchiolina d'argento dove il fotone è finito. Un atomo d'argento è molto più grande di un fotone, quindi ci sarebbe una certa confusione su dove è finito il fotone, ma la gente probabilmente sarebbe d'accordo sul fatto che il fotone deve essere finito da qualche parte all'interno del bersaglio formato dall'atomo d'argento. Tuttavia, tutto quello che possiamo dire è che il fotone deve essere stato in quel punto quando ha terminato la sua esistenza. Quando un fotone viene assorbito da un elettrone, dà la sua energia all'elettrone e scompare. Così, quando si trovava brevemente in un luogo definito, perdeva immediatamente tutto il suo movimento.
Un altro modo per localizzare un fotone è quello di farlo passare attraverso un piccolo posto. Sapendo quando la fonte di luce invia un fotone, e conoscendo la velocità della luce, possiamo sapere quando deve passare attraverso un foro in una piastra posta al centro del suo percorso verso la pellicola. Possiamo gradualmente avvicinarci sempre più a scoprire esattamente dove si trova nel bel mezzo del suo volo. Tuttavia, il percorso che farà da lì in poi diventa progressivamente selvaggio. Questo perché quando un fotone passa attraverso un buco come quello, sperimenta la diffrazione.
Domande e risposte
D: Qual è l'idea di base della scienza moderna?
R: L'idea di base della scienza moderna è quella di localizzare qualcosa o di trovare e determinare la posizione di qualcosa.
D: Come facciamo di solito a trovare le cose nella nostra gamma di taglie?
R: Di solito utilizziamo due punti di partenza che tutti conoscono, e poi misuriamo da questi punti fino all'oggetto a cui vogliamo dare una posizione.
D: Come possiamo trovare la posizione di una nave?
R: Potremmo dire: "La nave del Capitano Smith si trova a 1400 miglia dalla Roccia di Plymouth, diretta verso la Pietra di Blarney". Oppure, in un altro caso, potremmo dire: "La nave del Capitano Jones può essere trovata tracciando una linea da Plymouth Rock a Blarney Stone, trovando un punto a 700 miglia lungo questa linea da Plymouth Rock, girando di 90° a sinistra quando si raggiunge questo punto da Plymouth Rock, e poi percorrendo altre 90 miglia. Se abbiamo un buon metodo per conoscere le direzioni della bussola, possiamo dire qualcosa come: "Vai a tre miglia a nord di quella grande roccia bianca laggiù e poi a due miglia a est di quel punto". È lì che ho messo l'oro".
D: Come si localizzano i piccoli oggetti come gli elettroni o i fotoni?
R: Localizzare un elettrone o un fotone è molto più difficile che localizzare oggetti più grandi. Un modo per localizzarli sarebbe quello di costruire una sorgente di luce che produce un solo fotone alla volta e puntarla su una pellicola fotografica; se si utilizzasse una pellicola fotografica molto sensibile che può essere oscurata solo da un fotone, l'argento avrebbe una macchiolina dove finisce. Un altro modo sarebbe quello di farlo passare attraverso un piccolo foro; conoscendo il momento in cui la sorgente luminosa emette un fotone e la sua velocità, possiamo sapere quando deve passare attraverso il foro nel suo percorso verso la pellicola fotografica.
D: Cosa succede quando i fotoni vengono assorbiti dagli elettroni?
R: Quando i fotoni vengono assorbiti dagli elettroni, cedono la loro energia all'elettrone e scompaiono. Quindi, una volta che si trovano in un certo posto per un po' di tempo, perdono immediatamente ogni movimento.
