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Titolo: Cos'è un fotone

Visto che in fisica si parla spesso di fotone, benchè non sia affatto
un concetto semplice, vogliamo provare a cercare di definire meglio che
cosa sia?

 cosa sia?
eh?

"cometa luminosa" ha scritto:
 > Visto che in fisica si parla spesso di fotone, benchè non sia affatto
 > un concetto semplice, vogliamo provare a cercare di definire meglio
 > che cosa sia?
Non mi e' chiaro a che livello e in che ambito vorresti la definizione.
La questione potrebbe non essere tanto semplice: il concetto di fotone
ha una storia, e' passato attraverso diverse fasi, cambia carattere a
seconda del quadro teorico in cui s'inserisce...
PS: Ma se una cometa non e' luminosa, che cometa e'? :-))
-- 
Elio Fabri


Per il prof. Fabri:
Una volta lessi un bell'articolo tuo "Nascita e sviluppo del'idea di fotone" 
e stupidamente non l'ho stampato. So che c'erano due "puntate", oppure due 
edizioni diverse, non ricordo altro.
Potrei avere i link  per scaricare i due files, se possibile?
Grazie. Buona domenica.
Giorgio 

 seconda del quadro teorico in cui s'inserisce...
Ho letto dal post di giorgio_pp levaquesto che hai scritto un articolo
sul tema, dal titolo "Nascita e sviluppo del'idea di fotone". Mi
interesserebbe moltissimo leggerlo.
Per quanto riguarda il livello della risposta riguardo a cos'č un
fotone, mi piacerebbe averne una a tutti i livelli, ma questo
indipendentemente dalla mia richiesta specifica. Tale richiesta si
riferisce al livello piů oggettivo possibile.
Quello che piů mi interessa č riuscire a cogliere "l'Essenza Fisica"
attuale (e non quella passata, nč quella che "potrebbe avere") del
concetto di "fotone".
Detto in altri termini, se io volessi fare un esempio emblematico della
differenza che c'č tra un oggetto o un concetto fisico ed uno
matematico o filosofico, quale oggetto o concetto fisico sceglierei?
Perchč? Perchč tale concetto ha in sč un attributo che č il piů
essenziale possibile, dal punto di vista fisico.
Allora, volendo spogliare il concetto di fotone di tutto ciň che non
sia totalmente fisico, a cosa arriverei?

 sia totalmente fisico, a cosa arriverei?
Io partirei con questa considerazione: il fotone non e' come ce lo si
aspetterebbe, dopo averlo chiamato "particella"..... va da se' che a
chiamarlo <<fotone>> gli si attribuisce la qualita' fondamentale di
essere DEFINITO, ma esso non lo e' secondo me come gli altri corpi. Il
fotone ha una stranezza nel suo carattere, il fatto che abbia sempre la
stessa velocita', da chiunque venga osservato. Ma se a prescindere dal
resto tutti lo vedono a "c"... allora lui <<vede tutti fermi>>....
(diciamo cosi' per dire, ehh).
Alla maniera di Cecco Angiolieri:
S'io fossi fotone........
Prendiamo l'emissione.
Che una palla sul treno, lanciata ad un certo istante, conservi la
velocita' del treno e vi aggiunga la sua del lancio, me lo spiego
pensando che la stessa palla esisteva prima e dopo il lancio; cosi'
essa <<ha memoria dello stato dinamico che le apparteneva prima>> e
puo' logicamente operare la "composizione dei moti".
Ma prima dell'evento "emissione" il fotone non c'e'! Un atomo eccitato
e' un atomo con piu' energia rispetto al "normale", non un atomo che si
porta un "fotone sul seggiolilno passeggeri, con la cintura
allacciata".... :)) Cosi' perche' il fotone dovrebbe <<aver memoria>>
dello stato di moto precedente? Esso non esisteva. Il fotone prende a
esistere nel momento dell'emissione.
Siccome l'elettrodinamica e' completamente invertibile nel concetto di
sorgenti e pozzi, allora un fotone cessa d'esistere nel momento in cui
e' assorbito. Inoltre per un fotone l'emissione coincide con
l'assorbimento, dunque il fotone non ha "percezione" di tempo.
Siccome la localizzazione spaziale del fotone e' impossibile esso non
ha nemmeno "percezione" di spazio...

 l'assorbimento, dunque il fotone non ha "percezione" di tempo.
questo invece non l'ho capito. Hai voglia di spiegarmelo un po più
esplicitamente,oppure darmi dei rimandi web per acculturarmi in 
materia ?!? grazie.

 ha nemmeno "percezione" di spazio...
Perche' impossibile? Secondo te non si possono rivelare i fotoni?
Ciao
R.

 Perche' impossibile? Secondo te non si possono rivelare i fotoni?
E questa e' una bella questione!!!!!!!!!!!!!
Io propongo di aprire un altro thread!
Aspettami che ritorno... :))

 materia ?!? grazie.
Una sorta di Reciprocita' (vedi anche il teorema di reciprocita') per
cui se un fenomeno investe 2 cariche ed un fotone, il ruolo svolto
dalle 2 come sorgente e destinazione e' invertibile.
In base a  questo mi veniva di dire che il fotone ha quelle
particolarita'....
vedi a 
http://marcofuics.tripod.com/Files/LaCst_VersioneStampa.pdf

dello stato di moto precedente?
Forse perché deve conservare la quantità di moto del sistema?...

 concetto di "fotone".
Ecco, quando sento parlare di "Essenza Fisica" (pure con le maiuscole!)
io mi metto in sospetto...
E debbo dire che gli sviluppi della discussione che ho visto fin qua
mi hanno ampiamente confermato il sospetto.
 
-- 
Elio Fabri

>>>Premessa>>>>
Sai bene che per parlare di <<quantita' di moto>> bisogna operare "Una
misura" che coinvolga una estensione temporale. Cioe', non e' possibile
stabilire la velocita' [quantita' di moto] di un corpo riferendosi ad
un istante di tempo. In linea teorica esiste la "quantità di moto" del
corpo X al tempo t0, ma solo nella accezione classica e come limite,
praticamente nessuno l'ha mai vista esattamente, puo' essere solo
"supposta" essere quella a meno di errori.
Se devi conservare la "quantità di moto" prima definisci il sistema.
Io proporrei il sistema costituito dalla sola carica sorgente  "C_S";
Tu proponi altro? (forse sarebbe piu' figo considerare il sistema
composto da carica_sorgente+fotone+carica_destinazione... molto piu'
chic) ma non si puo' fare... perche' dato che
--> io preferirei iniziare a contare il tempo a partire dal t0 di
emissione,
--> ed ovviamente siccome il sistema viene definito a un t_def < t0 e'
palese che esso non possa contenere il fotone "che ancora non c'e'"...
:)), e tantomeno la destinazione...
per misurare la vel (qdm) a t0 devi fare cosi':
lim {h->0}  ( posizione(C_S)[t0+h/2] - posizione(C_S)[t0-h/2] ) / h
oppure moltiplicare per la massa:
lim {h->0}  ( MASSA*posizione(C_S)[t0+h/2] -
MASSA*posizione(C_S)[t0-h/2] ) / h
gia'. Cosi' facendo daresti al fotone il giusto impulso.... siccome si
deve conservare la qdm allora .....
Ma questa e' un'inferenza, sei tu che stai portando la conoscenza li'
dove dovrebbe essere.
Ma a voler "misurare direttamente" la velocita' [bada bene, non
l'impulso] d'un fotone, cioe' saperlo direttamente senza l'ausilio di
procedure intermedie di analisi e/o trasmissione/traduzione che posso
fare?
Dove sta il fotone?
E chiediamocelo dove sta, sia durante l'ipotetico "tempo di volo", ma
anche prima e dopo... :))


Cerchero' di mettere a frutto le conoscenze di fisica (scarse e di tanto
tempo fa...) che ho ottenuto da una laurea in ingegneria elettronica e
da disordinati studi fatti anche dopo l'universita'.... Intendo studi,
per quanto compiuti in modo disordinato per mia personale soddisfazione,
e non letture di libri divulgativi, che generalmente non mi attirano 
molto.
Grazie ancora.
Giorgio

 essenziale possibile, dal punto di vista fisico.
E' curioso come leggendo post di fisica qua e là si incappi in due
opposti estremi. Da una parte (e forse più frequentemente devo dire)
ci sono quelli che sostengono che la fisica altro non è che ingegneria
un poco più sofisticata ed elegante. Detto in altre parole:
modellistica, ossia matematica applicata, finalizzata fondamentalmente
all'applicazione tecnologica. In questo modo si nega alla
fisica la capacità di descrivere la natura e le sue leggi e quindi che
vi sia un rapporto effettivo fra la scienza e la realtà.
Al polo opposto stanno quelli come cometa luminosa che mettono la
fisica da una parte e la separano dalla matematica, ponendo
quest'ultima insieme alla filosofia e chiedono delucidazioni
sull'essenza fisica di un "ente" come il fotone. Fra l'altro cometa
luninosa sottolinea di desiderare informazioni a tutti i livelli,
quindi, suppongo, anche approfondite. Queste persone non si rendono
conto che, sebbene la fisica non si appiattisca sulla matematica,
questa è il suo naturale linguaggio.
Cometa luminosa, io ti posso dire che il fotone è una particella a
massa zero. Se poi andiamo al livello della teoria
di campo quantistica, ti posso anche dire che si tratta di un bosone
di guage (come il gluone, ad esempio). Diventa però impossibile
spiegare cos'è un bosone di gauge o, ancor prima, cos'è una teoria di
campo quantistica senza la matematica. E non è che per questo siano
privi di "essenza fisica".
Saluti,
M.

desasosiego ha scritto:

Caro diego, so benissimo come la matematica sia importante per la
fisica. Quello che però, probabilmente, le persone COME TE non hanno
ancora capito bene è che la Fisica è una cosa, e la matematica è
un'altra. Dico questo perchè, soprattutto in campi come la meccanica
quantistica, è importante separare bene le due cose, al fine di non
affermare l'esistenza di "fantasmi" solo perchè discendono
matematicamente da qualcosa che discende matematicamente da
qualcos'altro...che alla fine discende solo da un'assunzione
arbitraria.
Ubriacando gli studenti con la matematica, molti docenti universitari
ottengono il vantaggio di non dover rispondere a domande imbarazzanti
(es: "cos'è un fotone?" e altro) e di fare delle lezioni molto pulite.
Lo svantaggio è che molti laureati non sanno più dove finisce la
Matematica e dove comincia la Fisica. Considera che a me la Matematica
piace moltissimo, quindi la mia polemica non dipende da questo.
Ricordo che, ad una lezione di Meccanica Razionale, il Prof. Fasano
fece una domanda su come mai un determinato effetto di propagazione del
calore fosse così paradossale. Dopo averci pensato un pò risposi:
"Perchè il modello matematico è inadeguato"; in quell'occasione fu
chiaro che questa risposta aveva colto di sorpresa la maggior parte
degli studenti. Adesso ho capito perchè: queste cose NON vengono
spiegate con sufficiente chiarezza, in alcuni corsi di fisica (dal
terzo anno in poi).

 occorrono grosso modo le conoscenze di un laureato in fisica...
Anzitutto complimenti, avevo seguito una lezione nel 2003
ed agli esperimenti di Aspect, come alla questione delle
correlazioni c'era un cenno, mentre vedo nelle note attuali
che l'approfondimento e' piu' dettagliato. Dell'esperimento di
Alexandrov non ricordo di averne sentito parlare allora ed
e' un piacevole guadagno di conoscenza. Comunque il
senso di questo intervento vuole essere un confronto critico
sulla nozione di parita' intrinseca per i fotoni. In un altro thread
la questione e' stata proposta in un contesto molto generale.
Da un punto di vista sperimentale un riconoscimento della
evidenza della parita' intrinseca dei fotoni data alla trattazione
di Wigner delle regole di selezione imposte da argomenti di parita'.
Ad ogni modo in elettromagnetismo classico si osserva una questione
semplice. Le equazioni di Maxwell impongono che il campo elettrico
ha carattere vettoriale, mentre il campo magnetico ha carattere
pseudovettoriale, in questo senso: che indicando con B_I ed E_I i
campi ottenuti per effetto dell'inversione spaziale sui campi
B(x,t) ed E(x,t) la relazione che li lega e': B_I(x,t) = B(-x,t) mentre
E_I(x,t) = - E(-x,t). Ne consegue che per effetto della parita'
l'orientamento
della terna formata da impulso, campo elettrico e campo magnetico e'
conservato, tuttavia se la prima ruotava in verso orario intorno al
vettore impulso, la seconda ruota in verso antiorario.
Ovvero per effeto della parita' gli stati di polarizzazione circolare della
luce si scambiano l'uno con l'altro. Ancora, se A(x,t) e' il potenziale
vettore che descrive l'onda di impulso p. L'effetto della parita' e' che
A(-p) (-x,t) = - A(p) (x,t) quindi gia' in elettromagnetismo classico si
puo' introdurre una nozione di parita' negativa e di carattere vettoriale
del campo elettromagnetico. A tutti gli effetti quando il campo
elettromagnetico
viene quantizzato nella costruzione della elettrodinamica quantistica
e' proprio in tal modo che agli operatori di creazione
dei fotoni si attribuisce un carattere dispari, ovvero una parita'
intrinseca
negativa. Anche se per parlare compiutamente di parita' occorre
considerare congiuntamente le regole di trasformazione sotto parita'
dei campi fermionici. L'invarianza per parita' della lagrangiana
dell'elettromagnetismo si ottiene costruttivamente per il fatto che
in essa il campo fermionico interviene insieme con il suo pseudo-aggiunto
che ha parita' opposta.
La questione che in qualche modo non finisce mai di stupirmi e' che
alla fine, fra tante stranezze sembra che i fotoni ne aggiungano
un'altra: la loro parita' intrinseca non e' affatto relativa. Mi sbaglio,
ed esiste un modo per definire arbitrariamente la parita' intrinseca
dei fotoni, oppure, magari, e' stata gia' riconosciuta questa particolarita'
?
 
In gran parte suppongo che la loro particolarita' derivi essenzialmente
dall'essere le sole particelle di gauge che si manifestano nel mondo
quotidiano. Ma questo, per quanto appaia astruso, e' probabilmente
legato a nulla di meno che alla stranezza senza fine dello spazio e
del tempo per come ne facciamo esperienza. Magari esistesse un modo
per comunicare in modo, come dire, epistemico tutto questo, come una
necessaria e logica conseguenza della sola meccanica quantistica...
Ricordo che Wigner, Feynman, Horzela', fecero tentativi del genere.
 
Non so se e' questa l ' "essenza fisica" a cui puntava Cometa Luminosa,
ma essenzialmente (e ridaje) l'imponderabilita' dei fotoni e' quanto di
piu' curioso e profondo la filosofia naturale abbia avuto da indagare
nel corso degli ultimi secoli. Penrose, con i suoi twistors ne ha fatto
la chiave di volta geometrica di una intera cosmologia :-) ritrovando
fra le altre cose dei costrutti derivati, i campi di Schwinger (sono campi
di spin 3/2) dalle cui equazioni le equazioni di Einstein possono essere
riottenute. Alla fine e' inevitabile chiedersi, in questo giro di parole
cosa
sia essenziale, se sembra che ogni nuova idea aggiunge un nuovo punto
di partenza, in un richiamo circolare, resta ben poca consapevolezza
della straordinarieta' dell'insieme. Quindi certamente il sospetto rispetto
alla locuzione "essenza fisica" e' ben fondato, per quanto accompagni,
irriducibilmente :-) il riduzionismo. E smetto con i giochi di parole.
--------------------------------
Inviato via 
http://arianna.libero.it/usenet/

 un'altra.
No guarda, dopo una laurea, un dottorato e un po' di anni di ricerca
non dico di aver capito gran ché di fisica, per carità, ma qualcosina
sì e la distinzione tra fisica e matematica è una di queste, te
l'assicuro. Comunuqe, se anche io non l'avessi capita, la fisica in
sé non corre nessun pericolo, essendo una scienza sperimentale.
E' poi sicuramente vero che ci sono professori incapaci di spiegare e
studenti incapaci di studiare.
Saluti,
M.

 ... e diego da dove esce? Boh...
:)) eheheheheh, t'ha compattato il nick.... d..iego

 massa zero.
E io ti chiedo a questo punto:
una entita' in quanti modi puo' presentarsi a noi?
La particella (quanto e' brutto sto termine) cosa e'?
Oserei abbozzare una definizione.
Usiamo per "particella" (soltanto in questo contesto) il termine
"corpuscolo", e' piu' indicativo dato che "Particella" deriva da
"Parte", e vorrebbe indicare quel piccolissimo costituente, al
limite.... anche elementare, di cui una "entita'" (intesa come corpo)
e' composta.
Se esiste una "entita'" allora <<noi>> ne possiamo percepire
oggettivamente l'esistenza solo dopo che essa sia stata specificata!
Bisogna intendere bene quel e' il soggetto della analisi, e quindi
identificare senza ambiguita' "quella particolare entita' ".
Le entita' si dividono in 2 : astratte e concrete! Il corpuscolo che
noi si sta intendendo e' concreto, a differenza di entita' astratte che
vivono solo nella nostra mente e che non hanno un corrispettivo
naturale: la pacienza, la moda, la stupidita'.....
Una entita' concreta si manifesta attraverso il corrispondente
(univoco) tra l'idea e la sua essenza.
E questa e' filosofia della semantica!
Ma e' bene partire col piede giusto, altrimenti si capita nell'errore.
Bene, i corpi sono nella natura, ed hanno la caratteristica di poter
essere individuati oggettivamente da tutti, onde evitare confondimenti!
Come si identificano i corpi?
1) La loro posizione;
2) Il tempo in cui e' la posizione di cui al punto uno;
3) Le loro dimensioni;
4) Le loro qualita';
1 e 2 sono caratterizzazioni "esterne" , 3 e 4 sono "interne"... al
corpo stesso.
Ovviamente una individuazione avviene sempre nell'ordine esposto.
Cioe' e' possibile usare solo la 1 oppure solo la 1 e la 2 per
l'identificazione, mentre sarebbe difficile usare ad esempio solo la 3
o la 4. L'ordine e' importante.
Perche' la 1 possa aver luogo come bisogna che siano le condizioni?
C'e bisogno di avere "lo sapzio", come tutti noi lo intendiamo fin dai
tempi di Aristotele, e cioe': L'immenso vuoto che puo' contenere la
materia!
Lo spazio perche' sia tale (aristotelico, e dunque anche del pensiero
occidentale) ha da soddisfare al principale vincolo:
E' lo spazio tale se esso contiene un solo corpo in una precisa
posizione, non puo' un corpo occupare lo spazio gia' occupato da un
altro corpo senza scostarlo, cioe' compenetrarsi e' impossibile!
E quindi si va avanti nella discussione. Guarda, tale distinzione e'
fondamentale!
Se tu consideri i corpi, automaticamente per giustificare la
compenetrazione di alcuni di essi (ad esempio un gas in prima
approssimazione si puo' pensare che compenetri l'aria gia' ivi
presente) si deve a ragione supporre che siano "costituiti" di
sub-elementi, e che la compenetrazione non e' <<vera>> ma apparente in
quanto i "corpi veri" non si compenetrano, bensi' condividono gli
enormi "spazii vuoti" che regnano tra i sub-costituenti.
Ecco, la struttura teorica regge bene!
E di qui si procede con l'identificare i corpi... dicendo
sostanzialmente che per essere tale una entita' deve essere
"identificata nello spazio".
Ma il campo a questo punto dove lo mettiamo? E' una entita' astratta o
concreta?
Indaga su questo concetto, prima di dire che il fotone e' una
particella di massa nulla!
Se la massa e' la massa, allora bisogna rendere atto della sua
"Consistenza Materiale"!
La massa nasce dal concetto di Materia e poi pian piano si estende a
considerare forme sempre meno "dense", fino ad arrivare alla
conclusione che e' una antitesi: la massa e' l'energia!
Bene!
Allora il campo posso considerarlo come una astrazione (per spiegarmi
le azioni a distanza) ma dopotutto debbo [accettando l'equiparazione
massa energia] porlo alla stregua di altre entita' concrete, quando
scopro che un campo esiste insieme alla sua energia.
Il fotone "non e' una particella di massa nulla"... il fotone e'
l'espressione elementare dell'interazione tra le cariche!
Non c'e' bisogno quindi di attribuirgli una sua "corporalita'" da cui
nasce il concetto "Particella".... Di corporalita' un fotone non ne ha
bisogno!
La particella fotone <<non viaggia da li' a la'>> come corpuscolo!
Il fotone si percepisce come un unico-indivisibile, ma non e' detto che
sia individuabile nello spazio aristotelico..... questo vorrei
sottolineare!
E la QED poi lo chiarisce in maniera esemplare!
Un fotone esiste sempre e dappertutto, siamo NOI che ne percepiamo
(attraverso la Misura) le sue
caratteristiche [sia dinamiche che spaziali... e quant'altro].
Ma noi (intendo qui il rivelatore) non e' altro che uno strumento sulla
tacnologia delle CARICHE, uniche a poter interagire col fotone. Cioe'
il fotone altro non puo' fare se non Vivere tra le cariche!
E' una modellizzazione di come le cariche (fermioni in genere?????????)
Incompenetrabili e quindi distanti Possano tra esse comunicare; e tale
comunicazione e' il punto fondamentale del mondo: Nulla accade senza
una Ragione!

 manifestano nel mondo quotidiano.
Non credo: vale anche per le Z^0. Non hanno carica, ne' numero
barionico, ne' leptonico...
Da qui in poi ti ho perso...
 
-- 
Elio Fabri

 Elio Fabri


 come il sale,
OK, ma in fondo stai solo dicendo che nell'unificazione elettrodebole
i fotoni sono i soli bosoni di gauge che conservano massa nulla...
 
-- 
Elio Fabri

 i fotoni sono i soli bosoni di gauge che conservano massa nulla...
Già.
