Categorie: Astronomia Elementare
Tags: elettroni fisica semplice fotoni meccanica quantistica per tutti nuclei atomici
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:37
Le “bucce” dell’Universo: un tentativo per un nuovo insegnamento?
La frutta ha la buccia che serve a proteggere la parte centrale dove risiede il seme. Anche gli animali hanno la loro buccia, la pelle, che può essere anche aiutata da corazze più o meno resistenti, la migliore protezione per gli organi interni. In qualche modo la buccia è una specie di strato che separa il mondo esterno da quello interno di una creatura vivente. Siamo sicuri, però, che sia qualcosa legato veramente soltanto alla vita, come la intendiamo noi?
In fondo, anche le stelle hanno un’atmosfera e i pianeti rocciosi hanno una crosta. Perfino i buchi neri hanno un disco di accrescimento… Non sempre è veramente una difesa, ma sicuramente è un qualcosa che li separa dal mondo esterno. La buccia delimita un mondo isolato e fa da filtro e scudo rispetto a tutto ciò che proviene da “fuori”.
Bene, a questo punto non è difficile usare lo stesso approccio e scendere nel microcosmo e vedere se anche le sue creature possiedono una buccia. La risposta è sicuramente SI e questa buccia non sono altro che gli elettroni.
Essi devono proteggere le parti più sensibili dell’intero Universo: i nuclei atomici, i luoghi dove avvengono le reazioni fondamentali.
In fondo tutta la materia del Cosmo, attraverso i suoi componenti più piccoli, i suoi nuclei atomici, i suoi “semi”, subisce uno scontro continuo con il mondo esterno. Anche le stelle devono proteggere il loro nucleo dove avvengono le reazioni nucleari.
Tutto torna perfettamente e ci porta al singolo atomo e alla sua buccia elettronica. Una buccia formata da corpuscoli piccolissimi? Si e no. Essi sono sentinelle abilissime e non svelano mai la loro posizione: possono essere ovunque sino a formare un vero e proprio scudo. A volte ne bastano pochissimi (uno solo per l’idrogeno) a volte decine e decine. Tutto dipende da quanto complicato sia il “seme” da proteggere.
Essi difendono e regolano l’eventuale passaggio verso il seme (a volte è necessario far passare qualcosa di utile). Spesso e volentieri si mettono d’accordo con i propri simili degli altri atomi, per convivere in pace e difendere insieme i nuclei sempre più complicati. Oltretutto, in questo modo, possono anche servire a due atomi diversi con una gran risparmio. Gli scienziati chiamano questo tipo di unione "chimica"... ma a noi sembra più un gioco come quello dei Lego.
Vi sono, però, degli avversari numerosissimi e rapidissimi che continuano a “disturbarli”. No, non pensate alle guerre… questi sono scontri allegri e sempre utili. Possiamo pensare che, in fondo, le nostre “bucce” elettroniche si divertano moltissimo.
Chi sono questi avversari per antonomasia? Dei simpatici viaggiatori, i più veloci della Natura: i fotoni, ossia la luce. Non pensiamoli come qualcosa di negativo, mi raccomando! Sono proprio loro a portare l’informazione da un punto a un altro dell’Universo. In qualche modo li possiamo considerare i messaggeri degli elettroni. Anzi, sono proprio gli elettroni a crearli. Gli elettroni non possono normalmente andare troppo lontano dal nucleo e quindi sfruttano piccole “bottiglie”, con dentro messaggi preziosi, come i naufraghi delle isole deserte. Ma quando le bottiglie arrivano a destinazione, bisogna stare molto attenti e gli scambi tra loro e gli elettroni sono molteplici e sempre importantissimi.
Possiamo dire che tutta la materia dell’Universo si basa su questa lotta scherzosa, una continua interazione tra i fotoni della luce e gli elettroni che difendono il loro nucleo atomico. Anche dentro di noi, nella nostra pelle, nella buccia delle mele, nella loro polpa, avviene questo continuo gioco. A volte, qualche elettrone può anche andarsene a zonzo, ma viene rimpiazzato da un suo simile in tempi più o meno brevi. Tutto dipende dalla temperatura, ossia dal movimento dei nuclei, i semi da proteggere. Niente è mai veramente fermo in Natura.
Sì, cari amici, in fondo tutto l’Universo si può riassumere in questo divertente e sempre diverso contatto tra fotoni ed elettroni, uno scambio di spinte, di urti, di salti che gli scienziati chiamano "elettrodinamica quantistica". Che nome difficile per un gioco tanto semplice… Alla Natura piace giocare e tutto è un gioco intorno e dentro di noi.
Forza amici. Questo è solo uno spunto, magari mal riuscito, in cui ho già cercato di iniziare un discorso quantistico (a piccole dosi ovviamente). Aiutatemi a mettere insieme qualcosa di sempre più articolato e completo. Ognuno di voi è in grado di farlo e di impostare argomenti nuovi. Chissà che alla fine non si riesca a mettere insieme un vero e proprio programma di studi elementare e innovativo. Non preoccupiamoci degli errori che fanno la loro comparsa quando si cerca di semplificare al massimo. Sarà facile, a poco a poco, eliminarli gradatamente e ridurli al minimo.
Inoltre, se qualcuno è bravo nei disegni si dia da fare…
37 commenti
Bellissimo
Allora vado a ruota libera usando pura fantasia senza troppo preoccuparmi.
Dobbiamo utilizzare "parabole" rivolgerci metaforicamente e partendo dalla realtà costruiamo un nuovo mondo parallelo ad hoc per l'occasione...
Vediamo partiamo dalle particelle elementari o forze elementari che per noi sono gli abitanti di una casa (nucleo) persone immaginarie ed ad ognuna assegniamo il proprio nome: elettrone, gravità ecc ecc e poi via via aggiungiamo vari elementi esempio le molecole sono una città e così via per le regioni stati poi continenti pianeta ecc ecc l'importante è portare alla riflessione a stimolare domande e dubbi che poi vengono spiegati passando dalla rappresentazione leggera alle leggi scientifiche. Si parte da ciò che vediamo tutti i giorni per arrivare a parlare di ciò che i nostri sensi non percepiscono portando chi studia verso l'astratto il non tangibile.......
Va bene anche la mela ed i semini mi domando come legare il concetto di massa e di gravità???
benissimo... buttiamo giù idee, pensando di arrivare ai vari concetti senza fretta... i bambini sono veloci, ma non dobbiamo intasare i loro cervelli con troppe nozioni.
Bella idea, mi piace
A mio avviso si dovrebbe cercare di affrontare le cose con semplicità e cercando di stimolare la curiosità..
Qualche idea ce l'avrei, per cui nei prossimi giorni proverò a realizzare alcune figure.. così da poterne discutere...
Paolo
grazie Paolo! contavo su di te....
Questo tuo articolo mi ha fatto tornare in mente che mesi fa, quando hai pubblicato questo http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/2015/03/03/fotografata-la-doppia-natura-della-luce/ mi sono divertita a creare un documento (da salvare nel "famoso" archivio per i posteri) nel quale ho inserito delle immagini prese dal filmato di YouTube e ne ho tradotto il testo.
Mi rendo conto che, per quanto semplice ed accattivante, non sia adatto a bambini delle elementari, ma potrebbe rivolgersi ad adolescenti ai quali siano stati spiegati i rudimenti della MQ...
Te lo invio per e-mail, visto che non posso allegarlo al commento, poi decidi tu se può essere interessante o meno!
cara Dani,
Grazie...
le figure sono sicuramente accattivanti... Teniamole a mente...
però, però, non mi piacciono gli elettroni con quella faccina così cattiva. In fondo è un gran bel gioco!
E' vero, il problema è che nel file manca il sonoro del video che li trasforma in simpatiche canaglie
...si potrebbe anche disegnare ex-novo una copia delle immagini con degli elettroni più sorridenti... proverò a stimolare l'artista di famiglia!!
Caro Enzo, ho seguito in parte la traccia della buccia....
Ho cercato di semplificare moltissimo le cose... e già così mi sembra troppo!
Ne è uscito un piccolo racconto illustrato....
http://www.astrobin.com/full/222995/0/
http://www.astrobin.com/full/222995/B/
http://www.astrobin.com/full/222995/C/
e ancora:
http://www.astrobin.com/full/222995/D/
http://www.astrobin.com/full/222995/E/
http://www.astrobin.com/full/222995/F/
Infine:
http://www.astrobin.com/full/222995/G/
http://www.astrobin.com/full/222995/H/
Paolo
grazie Paolo
me li guardo con calma, dato che stamane ho una giornata molto agitata e complicata...
caro Paolo,
molto belli! Aggiustando bene il testo si può fare qualcosa di carino. Io cercherei di inserire in modo più netto (fin da adesso), l'idea che oltre a correre, gli elettroni non si riescono a vedere mai, dato che sembrano essere dappertutto. Solo i fotoni riescono a incontrarli o qualcosa del genere... Impostare già qualcosa sulla trasformazione onda-particella...
Aspettiamo altri stimoli e piano piano costruiamo questa prima parte tutti assieme...
caro Paolo,
ci ho pensato ancora un po' sopra e ti riporto le mie considerazioni.
1) Bellissimo l'inizio fino alle cellule (magari qualche altro esempio come le stelle e i pianeti, tanto per cominciare a toccare l'Universo).
2) Non mi convince tanto l'introduzione "classica" del nucleo con gli elettroni che gli girano intorno. Può essere comprensibile, ma distoglie un po' dall'idea base che è quella di cominciare a far ragionare in termini di MQ elementare.
3) Disegnerei proprio un seme indistinto (c'è tempo per definire protoni, neutroni e cariche opposte) con una buccia che in qualche modo è formata da particelle che però non si riescono a vedere e che formano proprio una struttura continua (magari più bucce a seconda di quanto prezioso sia il nucleo).
4) Introdurrei poi il discorso che le bucce servono per difendere e per mandare segnali al altri semi. Noi uomini siamo abituati a vedere il bersaglio e a cercare di colpirlo. le particelle usano un sistema molto più efficiente: si trasformano in onde, in modo che possono trovarsi dappertutto. Farei l'esempio di due sassi tirati nell'acqua in due tempi successivi. E' impossibile che si incontrino. Tuttavia, le onde che si propagano da loro hanno la certezza di incontrarsi. Questo è il sistema usato dagli elettroni e i fotoni sono le loro onde messaggere.
5) A quel punto, si potrebbe introdurre il fatto che una volta che l'onda arriva alla meta torna a essere particella e riesce a incontrarsi con l'elettrone (la parte più difficile, direi).
6)Adesso si può parlare delle interazioni che possono creare, i loro modi di giocare...
Sto buttando giù idee a raffica, che andranno sicuramente viste e riviste... Piano, piano e con l'aiuto di TUTTI dobbiamo cercare di fare una cosa semplice, comprensibile a chiunque e che non si porti dietro errori concettuali troppo grossi. Ma, soprattutto, mi piacerebbe che la MQ comparisse fin da subito. Dare troppe nozioni classiche crea abitudine a pensare in modo realistico e questo può essere un guaio e rendere difficile il pensare in termini quantistici...
Forza ragazzi, aiutateci!!!! Sappiamo tutti abbastanza per concepire uno schema che migliori di volta in volta. Ovviamente, sarebbe fondamentale l'aiuto degli insegnanti...
Coinvolgere spiegando ciò che di fisica si trova negli oggetti di uso quotidiano, io terrei in considerazione la "storia della fisica" i primi passi le prime osservazioni e poi mettere in evidenza come ogni campo di studi sia legato indissolubilmente ad un'altro per arrivare già alla fine delle scuole dell'obbligo ad avere un quadro generale superficiale si ma già una base da cui partire portando qualcosa che si studia nei licei già nelle scuole medie certamente un'infarinatura ma tenendo presente come una materia sia legata ad un'altra magari disegnando degli schemi che fanno balzare all'occhio l'interconnessione delle materie che a noi interessano.
Penso che il PC possa aiutare parecchio con programmi specifici che aiutino i professori come power point ecc ecc mi immagino una lezione del professore che proietta in una sala apposita lavori appositamente mirati di volta in volta e poi sarebbe tutto materiale che rimane prendo esempio a come ho postato nei contributi (ripasso di matematica semplice semplice) Ecco potremmo impostare un programma simile o ancora utilizzare Wikipedia per le ricerche o per i compiti e le interrogazioni nelle scuole.
Enzo contatta e coinvolgi altri professori
Anche parlare ogni tanto delle nuove scoperte e partendo da queste spiegare a ritroso cioè come si è arrivati alla tal teoria oppure parlare delle ripercussioni di certe scoperte come tu Enzo fai molto bene di solito nel blog.
Certo se si vuole creare un metodo di studio è innegabile che bisogna coinvolgere stimolare e cooperare con i docenti altrimenti tutto rimane nel cassetto del nostro circolo.
E poi ci vuole tempo dedizione e bisogna crederci fino in fondo....
E poi credo che bisognerebbe coinvolgere gli alunni in un progetto come si farebbe con una squadra di calcio naturalmente emergerebbero i campioni ma anche agli scarponi gioverebbe esserne coinvolti.
In effetti nel tentativo di mostrare due “aspetti” del fotone, ossia veicolare informazioni e “trasportare” quanti di energia, ho finito per “illustrare” una visione dell'atomo pre MQ.
Forse bisognerebbe pensare più a un gioco tipo la mosca cieca, dove uno sa dove si trova l'altro solo quando ci si incontra...
Solo che non è semplice tradurre tutto ciò e le giuste osservazioni ed idee di Enzo, in illustrazioni...
ci devo pensare con calma come fare, ma non mi arrendo.... 
A mio avviso più persone intervengono, più possono nascere spunti da sviluppare..... non è poi così diverso dal procedere per approssimazioni successive per migliorare il risultato (cercando sempre la soluzione più semplice e comprensibile).
Paolo
Bella idea... ecco il mio pezzo:
Elettori e fotoni in fin dei conti sono parenti stretti anche se a prima vista non sembra..
I fotoni sono proprio piccoli, leggeri e snelli, sempre pronti a correre in giro per il mondo a scoprire luoghi sconosciuti alla velocità della luce.
Sono proprio tanti piccoli bambini pieni di gioia e voglia di giocare.
Poi ci sono gli elettroni, loro sono un po più cicciottelli e appesantiti, d'altra parte non hanno bisogno di correre veloci come i bambini fotoni, loro sono adulti e hanno il compito di rimanere vicino al nucleo per fargli compagnia.
Ma anche gli elettroni sono dei gran simpaticoni e quando si ritrovano con i fotoni iniziano sempre dei gran giochi soprattutto a rincorrersi l'un con l'altro...
Però non c'è niente da fare, gli elettroni sono troppo più impacciati e lenti dei fotoni e spesso non riescono ad evitare qualche scontro.
Quando vengono colpiti dai fotoni gli elettroni però si caricano di parte della vitalità dei fotoni e anche a loro vien una gran voglia di allontanarsi dal nucleo per andare alla scoperta del mondo....
Ma loro ormai sono adulti ed affezionati al loro nucleo e alla vecchia posizione dove anno dopo anno rimanevano a gurdarlo è così, dopo poco, soffrono di nostalgia e tornano nella loro vecchia posizione.
Ma vogliono anche esaudire il loro desiderio di esplorare, ecco allora che prima di tornare a casa espellono quella vitalità acquisita nello scontro facendo nascere un altro piccolo fotone che correrà felice per il mondo alla scoperta di nuovi posti sconosciuti portando con sé il desiderio di avventura del vecchio elettrone!
Vabbe a vedere i commenti forse ho semplificato troppo... non tutti i bambini vanno all'asilo come il mio!
Abbiate pazienza!
grazie a tutti, ovviamente...
Il pezzo di Alexander è molto carino e va tenuto in conto. Tuttavia, resta sempre il punto di introdurre con molta delicatezza il concetto di onda di probabilità... Se no torniamo, comunque, alla fisica classica. L'idea non è quella di insegnare la fisica ai bambini (ci sono già ottimi tentativi), ma di spiegarla introducendo latente il concetto della MQ.
Ho cambiato completamente la raffigurazione dell'atomo, spero che questa versione sia più vicino alla MQ.
Innanzitutto visto che mi sembra che le figure della tartaruga e della volpe potevano andare ho aggiunto quella in versione astronomica.
http://www.astrobin.com/full/222995/I/
Dopodiché... questo è il nuovo tentativo di introdurre l'atomo e la MQ (è stata una faticaccia soprattutto per realizzare figure sul “passaggio” da onda a particella..
)
http://www.astrobin.com/full/222995/J/
http://www.astrobin.com/full/222995/K/
Come al solito posto le altre immagini nel prossimo post per evitare il blocco automatico del messaggio...
Eccole:
http://www.astrobin.com/full/222995/L/
http://www.astrobin.com/full/222995/M/
e infine:
http://www.astrobin.com/full/222995/N/
Paolo
Decisamente molto meglio Paolo, molto molto meglio!!! Bravo
L'ideale sarebbe adesso provare con qualche bambino e vedere dove trova difficoltà. La prova del nove... L'importante è che gli rimangano i concetti di "ovunque" e di trasformismo... Magari può essere necessario fargli vedere la differenza tra usare una singola pietra e usare le onde... Sapete, le difficoltà dei bambini sono imprevedibili.
SMA dove sei???
@Diego: eccomi! Sono alle prese con la RR che mi porta via tutto il (poco) tempo libero
Certamente di tempo libero se ne ha talmente poco (quando si lavora o si studia).
Mi fa piacere sapere che comunque ci sei e che ti sei messo a fare sul serio con la RR.
Grazie per la risposta a presto.
Enzo se la montagna non va da Maometto, Maometto va alla montagna, Enzo prova a dare un'occhiata qui :
http://www.indire.it
e qui
http://www.indire.it/quandolospazioinsegna/eventi/2012/miur/download/Analisi_Danimarca.pdf
Va bene... direi che ora le cose si sono chiarite abbastanza bene. Ottima l'idea del balzo dell'elettrone. Possiamo tornare a pensare...
Forse vado un po' fuori tema, ma e' una domanda che mi faccio da tanto tempo...
Ma l'elettrone, esiste all'interno degli orbitali come noi lo vediamo quando invece ciene proiettato fuori ?
MI spiego, l'elettrone all'interno della sfera di influenza del nucleo atomico e' sempre stato proposto come una pallina che gira interno al suo centro di gravita', il nucleo appunto.
Pero' non si riesce a identificarlo, ne' come velocita' ne' come posizione... a meno che non ci sia qualcosa di esterno che faccia collassare la funzione d'onda. Es. il Fotone.
Ma cosa mi vieta di pensare che attorno al nucleo esistano solo campi di forza energetici, e che nell'attimo in cui un fotone interagisce con questi campi, si crea il primo elemento della massa ?
Insomma chi mi vieta di vedere questo campo energetico, attorno al nucleo, come un campo di Higgs, all'interno del quale l'elettrone non esiste, ma viene creato solo ed esclusivamente quanto un fotone lo attraversa ?
Enzo, bella questa provocazione! Posso chiamarla così? E' come se la natura, quando ha sperimentato qualcosa, cerchi di usarla in tutte le situazioni che le si presentano. Anche la natura ha un'anima
caro Antonio,
in realtà siamo sempre in presenza di campi, in particolare elettromagnetici. Tuttavia, la massa non può essere qualcosa che si crea nell'interazione di questi campi... ce ne vuole un altro. Detto in parole molto povere, ovviamente...
In ogni modo non facciamo mai l'errore di pensare all'elettrone come una vera onda. Esso è una particella che è descritto come onda di probabilità, relativamente alla sua posizione e quantità di moto. Il fotone è la stessa cosa, ma si fa sentire come pacchetto d'energia, che poi non è molto diverso da una massa. L'elettrone ha invece intrinseca una massa e l'interazione la fa apparire in una certa posizione...