Il Fotone come variazione
Il modello ondulatorio della massa ci può far comprendere finalmente la natura profonda di quell’ente misterioso che abbiamo chiamato “energia”.
Il moto accelerato imposto alla sorgente d’onde per mutare il suo moto dalla quiete rispetto all’osservatore, produce, “per l’osservatore”, e nel momento in cui avviene, una variazione nell’osservazione dell’energia subquantica nelle onde emesse dalla sorgente.
La variazione della lunghezza d’onda Doppler delle onde elementari captata dall’osservatore equivale ad una “variazione dell’energia” delle onde subquantiche osservate.
Dall’analisi delle condizioni di osservazione, della sorgente d’onde in moto accelerato, ci accorgiamo che la fisica finora ha chiamato “energia” le variazioni dell’energia subquantica delle onde elementari.
Questo treno d’onde, in cui la lunghezza d’onda delle onde emesse dalla sorgente varia, e che si propaga nello spazio con la velocità “c”, noi lo abbiamo chiamato Fotone.
Einstein ne aveva intuito l’esistenza, e non scherzava quando chiamava queste onde elementari “onde fantasma” o anche “onde vuote”, e intendeva “vuote d’energia”, vuote dell’energia che conosciamo e che normalmente captiamo con i nostri sensi e strumenti. Era arrivato anche ad intuire che queste onde vuote avrebbero potuto fare da supporto ai quanti di luce dotati di energia, e aveva quasi ragione.
Se noi ora analizziamo le caratteristiche di queste “variazioni dell’altra energia”, potremo verificare che esse sono fornite di molte delle caratteristiche dei Fotoni, quelle stesse caratteristiche che Einstein avrebbe voluto poter giustificare nei pacchetti d’onde che chiamava: “quanti di luce”.
Partiamo dal nodo principale dei problemi del Fotone come portatore di energia: la localizzazione.
La localizzazione del trasferimento dell’energia del fotone che colpiva un singolo atomo, aveva fatto credere a molti che fosse possibile, ed anche produttivo reintrodurre in fisica della radiazione il concetto di corpuscolo.
Ma ora noi dovremmo poter mettere in evidenza le possibilità di identificare all’interno delle proprietà dei sistemi ondulatori anche quelle proprietà che fino ad ora sono state esclusivo attributo del corpuscolo.
Dove trovare, nel modello ondulatorio della variazione dell’energia delle onde provenienti dalla sorgente d’onde, le caratteristiche che rendono pressoché puntuale il trasferimento dell’energia del fotone?
C’è un modo. Prendiamo in esame le onde sferiche provenienti dalla sorgente d’onde-elettrone in accelerazione.
Molti osservatori ideali disposti sfericamente intorno alla sorgente vedranno per effetto Doppler lunghezze d’onda diverse. Ci sono però due osservatori privilegiati, che si trovano in condizioni di osservazione diverse dagli altri. Uno è l’osservatore che si trova nella direzione del moto dell’elettrone e quindi vede l’elettrone avvicinarsi a lui, l’altro è quello che trovandosi sulla linea da cui è già transitato l’elettrone lo vede allontanarsi.
Figura 11. Sorgente d’onde sferiche in moto accelerato con due osservatori.
Il primo osservatore verifica che le onde provenienti dall’elettrone sono parallele tra loro, e assieme al suo compagno che si trova dalla parte opposta, è l’unico a poterlo verificare, mentre tutti gli altri osservatori intorno non possono verificare il parallelismo delle superfici d’onde che ricevono.
Quando il primo osservatore spinge la sua osservazione più a fondo, può constatare che l’area delle porzioni di superfici d’onda che egli considera parallele tra loro, si restringe sempre di più attorno alla traiettoria percorsa dalla sorgente d’onde. Questa caratteristica del “parallelismo” delle superfici d’onda del treno d’onde emesso dalla sorgente d’onda, giustifica il fatto che esista una traiettoria del quanto d’energia ondulatoria, che può a buon diritto considerarsi “localizzata”.
Ora possimo mostrare quali sono le prove razionali per le quali la condizione del parallelismo delle superfici d’onda condiziona il trasferimento localizzato dell’energia alla materia, giustificando la conclusione che il punto d’impatto delle sue superfici d’onda su uno schermo possa essere considerato “localizzato”.
Figura 83. Questo e’ un modello fisico della contrazione della Funzione d’onda dell’impatto sullo schermo delle onde provenienti dalla particella come Sorgente d’Onda.
Il parallelismo è una proprietà fondamentale delle superfici d’onda, ma non è una proprietà delle onde costruita “ad hoc”. Esso non nasce e muore con la necessità di giustificare la localizzazione del quanto di luce.
Come vedremo più avanti, il parallelismo delle superfici d’onda avrà un ruolo determinante in tutte le interazioni ondulatorie del macro e del micromondo, ed una nuova e sconvolgente azione nel dominio dell’astrofisica e della cosmologia.
Così si perde per strada la necessità di recuperare il corpuscolo come unico rappresentante della localizzabilità, dato che possiamo definire localizzabile anche l’impatto di una serie di fronti d’onda.
Un’altra caratteristica del fotone, che può essere agevolmente spiegata dal modello della sorgente d’onde accelerata, è quella dell’attuale modello elettromagnetico delle onde. Secondo tale modello un fotone sarebbe costituito da un treno d’onde che contiene energie diverse, che si muove nello spazio come un tutto. Nell’attuale modello elettromagnetico, un fotone per essere localizzato con una qualche precisione, deve essere composto da treni d’onda di energia diversa.
Un fotone monocromatico, cioè composto da una sola energia, dovrebbe avere una lunghezza infinita. Quindi non sarebbe localizzabile nello spazio, e perciò non esisterebbe come ente indipendente, non avendo né una fine né un principio.
Il modello della sorgente d’onda, spiega in modo molto semplice come un elettrone in moto con velocità costante possa costruire davanti a sé un treno d’onde monocromatico. Così come risulta evidente che quando l’elettrone si muove con moto accelerato esso possa costruire un treno d’onde che contiene differenti lunghezze d’onda, quindi diverse energie.
Come si può vedere in modo intuitivo, la sorgente d’onde accelerata, durante la fase di accelerazione, seguita poi dal moto uniforme, produce davanti a sé un pacchetto d’onde formato da lunghezze d’onda di diversa lunghezza d’onda, la cui dimensione lineare è funzione della durata dell’accelerazione.
Figura 12. Sorgente d’onde sferiche con fasi alterne di moto accelerato.
In esso si riscontra la presenza di differenti lunghezze d’onda, e quindi di diverse energie. Queste lunghezze d’onda hanno la caratteristica di divenire sempre minori man mano che l’accelerazione aumenta. Quindi il pacchetto d’onde è dotato di un’energia che va sempre più incrementando verso la fine.
Quando cessa la fase di accelerazione cessa la causa che ha prodotto la variazione delle lunghezze d’onda. L’effetto Doppler scompare, e lì finisce la lunghezza del fotone.
Più avanti mostreremo come il semplice modello della sorgente d’onde del campo di massa possa giustificare gli identici risultati sperimentali della radiazione da carica accelerata, finora giustificabili solamente dalla teoria elettromagnetica.
Ora invece verifichiamo come il modello del fotone che abbiamo acquisito si riveli capace di esprimere un’altra delle sue proprietà fondamentali nel fenomeno elementare della pressione di radiazione.
In questo fenomeno si verifica l’interazione più semplice tra la radiazione e la materia. Un fotone colpisce uno schermo e gli trasferisce dell’energia che viene utilizzata dallo schermo come energia cinetica per mettersi in moto.
Figura 13. La pressione di radiazione può agire sulla vela solare dell’astronave in funzione della somma delle singole quantità di moto trasmesse da ciascuno dei fotoni che la colpiscono.
Una delle utilizzazioni più fantasiose che l’uomo vorrebbe trarre da questo fenomeno è il possibile sfruttamento della pressione dei fotoni provenienti dal Sole per spingere un’astronave, dotata di leggerissime “vele solari”, nello spazio tra i pianeti.
La pressione di radiazione è uno dei fenomeni chiave della natura, e con la sua nuova interpretazione noi potremo mettere nella fisica le basi di una nuova e diversa dinamica.
Noi possiamo giustificare in modo nuovo, ed estremamente produttivo, la pressione di radiazione con il modello ondulatorio, mostrando come questa nuova interpretazione della pressione di radiazione costituisca la base di una nuova dinamica, valida a tutti i livelli della fisica.
Con essa scopriremo un nuovo principio fisico di base e un nuovo modello dell’elettrone che ci guiderà nell’interpretazione ondulatoria delle quattro interazioni fondamentali.
Con esso ci impadroniremo di una chiave di lettura esclusiva, strettamente deterministica, che ci guiderà verso una visione unitaria di tutti i fenomeni della fisica, dai più elementari ai più complessi.
Una nuova pressione di radiazione
per le onde
Stabiliamo le condizioni di un esperimento ideale il più elementare possibile, ponendo una sorgente d’onda-elettrone in quiete, isolata nello spazio, in assenza di campi e altri enti ondulatori significativi. Le sue onde sferiche si propagano simmetricamente per tutto lo spazio intorno.
Introduciamo in questo spazio un treno d’onde piane-fotone, di energia Ei = hνi , che si muove con la velocità della luce verso una sorgente d’onde sferiche-particella.
Cerchiamo di costruire un modello puramente ondulatorio della pressione di radiazione che ci fornisca l’occasione di scoprire un meccanismo inedito per l’interazione più elementare tra la radiazione e la materia.
Nell’esperimento ideale osserviamo una variazione unilaterale nello stato energetico dello spazio nell’intorno della sorgente d’onda. L’introduzione del treno d’onde nello spazio occupato da altre onde ha provocato localmente una “variazione asimmetrica” dell’energia ondulatoria nell’intorno della sorgente d’onde.
Figura 14. Sorgente d’onde sferiche + fotone.
L’energia del fotone si sovrappone nella zona A all’energia del campo ondulatorio dell’elettrone, dato che una parte delle sue onde sferiche può essere considerata piana e parallela alle onde piane del fotone.
In quella zona coesistono in quel momento due energie: Ee + Ei
La distribuzione energetica nell’intorno dell’elettrone viene a mancare di simmetria, dato che nel suo intorno è intervenuta una variazione “asimmetrica” di energia.
Questa variazione è direzionalmente localizzata e si avvicina alla sorgente d’onde con velocità “c”
Ora facciamo la nostra terza ipotesi di lavoro, dopo quella della discontinuità dello spazio-tempo, e quella della natura ondulatoria del campo di massa. (Queste ipotesi non appesantiscono il bagaglio delle attuali ipotesi a priori esistenti nella fisica, esse vanno a sostituirsi a quelle già esistenti).
Ammettiamo che la simmetria energetica nell’intorno dell’elettrone sia una proprietà irrinunciabile per la sorgente d’onda-elettrone. Così che ogni volta che si produce una variazione in questa sua simmetria scatti un meccanismo, una tendenza, una propensione, che tende a ripristinare la simmetria perduta.
(Questa è un’ipotesi affatto nuova, che si fonda su un meccanismo generalmente applicato in fisica, che spesso viene invocato nell’evidenza di una tendenza a ritornare all’equilibrio energetico, che si manifesta nei sistemi fisici e chimici che in un qualche modo siano stati squilibrati).
Si può intendere questo meccanismo come il livello più elementare del secondo principio della termodinamica, secondo il quale per la materia distribuita uniformemente si instaura una specie di democrazia dell’energia.
Così che ogni volta che si verifica una qualche concentrazione di energia in una certa zona dello spazio, l’energia tende a distribuirsi in modo tale da fare partecipare la materia presente in ogni zona circostante ad un pari livello di energia.
Al livello di una particella elementare l’azione collettiva diventa un’azione individuale relativa alla singola particella.
Per l’intervento dell’azione del nuovo meccanismo, che la costringe a ripristinare la simmetria perduta, la sorgente d’onde-elettrone-particella non ha altra alternativa che mettersi in moto nella direzione opposta a quella dove è avvenuta la variazione d’energia.
L’elettrone infatti, ponendosi in moto, varia per effetto Doppler positivo, la lunghezza d’onda emessa nel senso del moto accorciandola, mentre allunga, per effetto Doppler negativo, la lunghezza d’onda emessa in senso contrario al moto.
Si descrive la situazione dei numeri d’onda della sorgente d’onda in quiete e del treno d’onde-fotone.
Poi si traduce secondo il punto di vista del fotone incidente,
.
In seguito si arriva ad una corretta interpretazione energetica introducendo l’effetto Doppler
Poi si introduce nella formula il quanto d’azione “h”, moltiplicando per h entrambe i termini dell’uguaglianza si descrive la capacità d’azione di ciascuna delle superfici d’onda in gioco, derivando “da pure condizioni geometriche”
una nuova espressione della quantità di moto del fotone e della quantità di moto relativistica dell’elettrone.
Quando, dopo l’avvenuta accelerazione, la velocità della particella-sorgente d’onde è tale che la densità ondulatoria davanti all’elettrone è divenuta uguale a quella che sta dietro, la simmetria della variazione ondulatoria è ristabilita.
In seguito lo stato ondulatorio permane immutato fintanto che non sopravviene un’altra variazione energetica asimmetrica.
Si può descrivere la situazione energetico-ondulatoria nell’intorno dell’elettrone con le sole rappresentazioni geometriche, giustificando la variazione della situazione ondulatoria, in modo matematicamente corretto, usando le formule relativistiche dell’effetto Doppler.
Si ottiene, in osservanza della Relatività Ristretta, una nuova base per l’interpretazione della pressione di radiazione. E questa proviene esclusivamente dalle condizioni di “asimmetria” della variazione energetico-ondulatoria sopravvenuta nell’intorno dell’elettrone.
Il risultato è notevole dato che possiamo constatare come dalle considerazioni sulla simmetria che ci hanno condotto alla giustificazione puramente geometrica della quantità di moto, discende la possibilità di enunciare un nuovo principio fisico generale.
Il principio, che chiameremo Principio di Simmetria Relativa dice che: ogni corpo, quale sorgente d’onde elementari, si comporta in modo da mantenere simmetrica ogni “variazione ondulatoria” nel suo intorno.
Per il Principio di Simmetria Relativa, ogni variazione dell’energia ondulatoria che interviene nel campo ondulatorio di una massa, deve produrre una uguale variazione dell’energia ondulatoria nel punto simmetrico, opposto rispetto al centro della sorgente del campo della massa.
Il nuovo principio andrà ad inglobare tacitamente il Principio di Conservazione dell’Energia, a confronto del quale si dimostrerà più descrittivo e generale.
Con esso, e con il modello dinamico che ne deriva, saremo in grado di giustificare l’entità e il comportamento delle quattro interazioni conosciute ed, indirettamente, di predire l’esistenza di una Quinta Interazione repulsiva.
La sua capacità esplicativa si dimostra derivando attraverso le proprietà di simmetria dello spazio-tempo, una descrizione totalmente relativistica della quantità di moto. E per suo mezzo noi possiamo arrivare a capire in modo del tutto naturale le ragioni fisiche, che sono puramente ondulatorie, della variazione relativistica della massa.
L’applicazione di questo principio a tutti i fenomeni di moto dei corpi prescinde dalle condizioni di osservabilità. Esso agisce comunque anche dove noi non siamo in grado di osservarlo direttamente nei suoi sviluppi causali.
Fin qui possiamo asserire che il tentativo di descrivere la particella in funzione esclusiva della sua natura di sorgente d’onde regge alle rappresentazioni che ci eravamo prefisse. Abbiamo ora la possibilità di fondare le basi di una nuova dinamica della particella in funzione della sua natura esclusivamente ondulatoria.
È ancora prematuro formarsi un giudizio definitivo sulla validità di quanto abbiamo introdotto di nuovo nella fisica. Ma già a questo punto sembrerebbe che Einstein, de Broglie, Schrödinger e Bohm avessero ragione, mentre tutti coloro che consideravano, ed ancora considerano, unicamente valida la descrizione esclusivamente particellare della materia e della radiazione fossero in errore.
Certo è una questione di sensibilità capire, da così poco, che in realtà ci troviamo sulla strada giusta per un mutamento di paradigma. E non si può pretendere che tutti siano in possesso di questa speciale sensibilità. Ma già fin d’ora chiunque può rendersi conto se valga la pena di proseguire verso le verifiche necessarie.
Per verificarlo è necessario applicare ai fenomeni chiave della fisica il modello esclusivamente ondulatorio della radiazione e della materia. Con esso noi cercheremo di giustificare tutte le sperimentazioni che fino ad ora hanno avuto risposte solo in termini particellari, utilizzando esclusivamente i parametri della logica ondulatoria.
Ma questo ancora non ci permetterebbe di scegliere tra la meccanica particellare “quantistica”, e la nuova Meccanica Ondulatoria “quantistica” del campo.
Sarà necessario mostrare che il nuovo modello ondulatorio è in grado di giustificare i fenomeni che già sono comprensibili dall’attuale teoria.
Ma sarà inoltre necessario dimostrare come e perché sia possibile unificare le spiegazioni causali dei diversi fenomeni, proprio in quei campi dove l’attuale teoria ha fallito.
Non ultimo, sarà necessario applicare la nuova dinamica nella previsione di nuovi fenomeni inediti, non prevedibili nel quadro attuale, ma derivabili in modo esclusivo dalle nuove acquisizioni teoriche.