Meccanica quantistica relativistica

La meccanica quantistica relativistica tenta di combinare la meccanica relativistica e quella quantistica; lo sviluppo di questa teoria, però, porta alla conclusione che in un sistema quantico relativistico il numero di particelle non si conservi e, di fatto, non si possa parlare di meccanica delle particelle, ma semplicemente di una teoria quantistica dei campi. Tale teoria riesce a combinare principi quantistici e teoria della relatività speciale (non riuscendo tuttavia a includere principi di relatività generale). Questa teoria non prende in considerazione gli stati delle particelle, bensì quelli dello spazio-tempo. Di fatto, ognuno degli stati quantici possibili dello spazio-tempo risulta essere caratterizzato dal numero di particelle, di ogni tipo, rappresentate per campi quantici e dalle proprietà di tali campi.

Vale a dire, in un universo dove esistono Ni particelle del tipo i, negli stati quantici E1,… ENi rappresenta uno stato quantico diverso da un altro stato nel quale si osserverà lo stesso universo con un numero diverso di particelle. Tuttavia, entrambi, “stati” o aspetti dell’universo, sono due dei possibili stati quantici fisicamente realizzabili dello spazio-tempo. Di fatto, la nozione di particella quantistica viene abbandonata nella teoria quantistica dei campi per essere sostituita da quella di campo quantico. Un campo quantico è un’applicazione che attribuisce a una funzione liscia su una regione dello spazio-tempo, un operatore auto aggiunto. La funzione liscia rappresenta la regione dove si misura il campo, e i valori propri dell’operatore numero associato al campo rappresentano il numero di particelle osservabili nel momento di realizzare una misurazione di tale campo.

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Meccanica quantistica relativistica

Meccanica relativistica

La meccanica relativistica o teoria della relatività comprende:

La Teoria della relatività speciale, che descrive in maniera adeguata il comportamento classico dei corpi che si muovono a grandi velocità in uno spazio-tempo piano (non curvo).

La Teoria generale della relatività, che generalizza la precedente descrivendo il movimento in spazi-tempo curvi, oltre ad includere una teoria relativista della gravitazione, che a sua volta generalizza la teoria della gravitazione di Newton.

Alcune delle interessanti proprietà della dinamica relativista sono:

In una traiettoria curva la forza e l’accelerazione non sono generalmente vettori paralleli; la relazione tra accelerazione e forza tangenziali, infatti, è diversa da quella che esiste tra accelerazione e forza normali. Nemmeno la relazione tra il modulo della forza e il modulo dell’accelerazione è costante, visto che in questa appare l’inverso del fattore di Lorentz, che decresce con la velocità arrivando a essere nullo a velocità vicine alla velocità della luce.

L’intervallo di tempo misurato da diversi osservatori in movimento relativo non corrisponde; non esiste quindi un tempo assoluto e non si può stabilire un presente comune a tutti gli osservatori, nonostante continuino a esistere strette relazioni di causalità.

Altro fatto interessante della meccanica relativistica è che elimina l’azione a distanza. Le forze a cui è sottoposta una particella nel campo gravitazionale o elettromagnetico prodotto da altre particelle dipendono dalla posizione delle particelle in un istante precedente; le particelle, infatti, generano un’influenza sulle altre con un “ritardo”dell’ordine della distanza divisa per la velocità della luce.

Nonostante tutte queste differenze, la meccanica relativistica è, da un punto di vista formale, molto più simile alla meccanica classica, di quanto lo sia la meccanica quantistica. La meccanica relativistica continua a essere una teoria strettamente deterministica.

Meccanica relativistica