Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

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infinito
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Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da infinito »

Da giovane studente (delle superiori), quasi del tutto digiuno di conoscenze di fisica (ancorché in quinta), ebbi un'idea a cui saltuariamente ho ho ripensato, ogni volta apprezzandola, spesso valutando l'idea di attuarla, ma senza mai provarci davvero.

Ora sono ben oltre “il mezzo del cammin di nostra vita”, e, visto che non ho fatto niente in proposito, prima di esaurire anche il restante tempo, ho pensato di lasciare ad altri volenterosi l'onere di “divertircisi”.




Il concetto è abbastanza semplice:

si osserva che

- In fisica si incontrano diverse costanti “universali” (vedi, per esempio , in fondo alla pagina Costante fisica) che sono in genere dimensionate e diverse da 1 (e “da imparare ad hoc”)

- Le unità di misura fondamentali sono state scelte generalmente “a caso” (sulla base dell'uso pratico, e non in modo “razionale” come il radiante e lo steradiante), per cui posso cambiarne 7: lunghezza, tempo, massa, intensità di corrente elettrica, temperatura, quantità di sostanza e intensità luminosa

- Se cambiassimo una unità di misura cambierebbero anche alcune costanti fondamenali (quelle che hanno tale unità nella loro equazione dimensionale)


per cui si intuisce che è possibile impostare un sistema di equazioni per scegliere le unità fondamentali in modo che rendano uguale ad 1 (o a altri valori “naturali”) 7 delle costanti universali.





FINALITÀ DELL'OPERAZIONE

Sono diverse:

- Semplificare la tabella delle costanti (se si limitasse a questo sarebbe davvero poca cosa).

- “Sperare” che rendendo uguali ad “1” i valori delle 7 costanti, anche le altre facciano analoga fine, o diventino “naturali”.

- Indagare su questa parte della fisica e sull'eventualità che la Fisica sia ancor più armoniosa di quanto abbiamo visto fino ad oggi.

- Ricercare un sistema di unità di misura “bello” (il significato è ovvio) e “intrinseco” (per intenderci: che possa essere lo stesso a cui potrebbero giungere anche intelligenze su altri pianeti).

- Cioè ricercare “IL” sistema di unità di misura della fisica.



Altre considerazioni

Per questo si dovrebbe anche ripensare alla scelta delle grandezze fondamentali.

Per esempio, riguardo alle più “natrurali” spazio, tempo e velocità, io penso che sia meno elegante scegliere le prime due e definire la velocità come il rapporto fra di loro («la velocità media in un intervallo di tempo Dt è il rapporto fra lo spazio Ds percorso durante Dt e Dt, in simboli: vm = Ds/Dt»), come si fa nel SI, rispetto allo scegliere la velocità e il tempo come fondamentali.
Questo non perché con la seconda opzione si evita la frazione (Ds = vm·Dt , questo mi viene dalla mia natura matematica che mi fa evitare le discussioni dei denominatori ...), ma perché “di fatto” lo spazio si misura come prodotto della velocità della luce c e del tempo Dt che questa impiega a percorrerlo (definizione di metro: «Un metro è definito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un intervallo di tempo pari a 1/299792458 di secondo»).
Cioè: anche se a noi viene scontato che la lunghezza è la cosa più semplice da misurare e la velocità la più complessa, la ricerca di maggiore precisione ha portato a scegliere la velocità come “semplice” e la lunghezza come complessa.




Chi penso che potrebbe interessarsi a questa ricerca:

Senza voler far torto a nessuno, io per la verità pensavo a qualcuno che avesse tempo, entusiasmo, curiosità e buona (anzi: “eccellente”) capacità di uso del computer (non pensavo che questi conti si dovessero fare a mano, come fece Tycho Brahe) … sì: pensavo a Pasquale.

A dire il vero ci sono anche altre persone che potrebbero interessarsi, in particolare Daniela, ma ho l'impressione che questa le paia un'idea un po' infantile … (in realtà lo è davvero: è di tanto tempo fa, e, quando mi venne in mente, dal punto di vista fisico ero davvero “infantile”).



Spero di essere stato chiaro e “interessante”.
Gaspero

delfo52
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da delfo52 »

Apprezzo, di Infinito, il coraggio e la sfrontatezza con cui "vuole rifondare il mondo". Lo dico con sincero affetto, e con un pizzico di invidia per l'impudenza con cui affronta l'argomento. Sintomo inequivocabile di una mente libera e giovane.
L'impresa, ovviamente destinata a fallimento, è una di quelle battaglie che, proprio per questo, merita di essere affrontata e sostenuta.
Per questo tipo di studi, coniai al tempo del liceo, il termine "filoponico", che dovrebbe significare "fatto per il gusto di fare fatica ma di poca o nulla utilità pratica", inteso, sia chiaro, come un pregio.
Invecchiando, ho assunto una visione diversa: mi interessa meno la "bellezza" e la simmetria del sistema delle unità di misura. Tendo a prediligere l'aspetto funzionale e pratico.
Penso che le unità di misura debbano essere prima di tutto "utili", cioè servire a dare informazioni.
In questo senso, la cosa migliore è far sì che, nell'uso pratico più frequente, sia utile già la prima cifra.
Per stare all'unità di lunghezza, e al mondo "di tutti i giorni", trovo che il metro sia "sbagliato": la gran parte delle cose con cui veniamo in contatto (parlo di libri. computer, piatti, esseri umani, matite, racchette da tennis, mazzi di fiori...., ) si misura, in metri, con numeri che iniziano con "zero" o con "uno", per cui, per sapere qualcosa della loro misura, dobbiamo aspettare la seconda cifra.
Molto meglio il sistema imperiale, in cui il numero dei piedi ci dà, per misure fino a tre metri, una ottima approssimazione già allla prima cifra....
Certo, per le misure della fisica delle particelle, o per le distanze intergalattiche, occorrono fattori di conversione esponenziali abbondanti, ma è lo stesso con qualsiasi unità si prenda, data l'ampiezza dello spettro delle "cose" misurabili. (ma i quark sono "cose"? e sono misurabili?)
Enrico

infinito
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da infinito »

Ringrazio Enrico per l'apprezzamento (evidentemente ognuno capisce quello che vuole, ed io ho inteso dei "complimenti" ...).

Però ci sono alcune cose che non condivido (e non parlo del fatto che la mia mente sia "giovane", perché ormai è un fatto assodato, visto che lo è da oltre cinquanta anni ...!)
delfo52 ha scritto:... L'impresa, ovviamente destinata a fallimento, è una di quelle battaglie ...
ovviamente non condivido io fatto che sia destinata al fallimento, e questo per due motivi:
1° perché, come dici tu ho la mente "giovane", coraggio, impudenza, ecc.
2° perché dipende dal fine; e se il fine è "divertirsi", cercare la verità, lasciar crescere la "nostra", matematica e la nostra fisica, allora si è quasi certi di "potercela fare".
... Per questo tipo di studi, coniai al tempo del liceo, il termine "filoponico",
ecco, invece credo proprio che questo appellativo, nel senso di cui parli tu, possa addicermi.
... Invecchiando, ho assunto una visione diversa: mi interessa meno la "bellezza" e la simmetria del sistema delle unità di misura. Tendo a prediligere l'aspetto funzionale e pratico.
Penso che le unità di misura debbano essere prima di tutto "utili", cioè servire a dare informazioni ...
In questo caso la scelta mi pare anche molto pratica: eliminare quelle costanti difficili da imparare (per una mente ... come la mia), cioè ponendole "tutte" uguali ad 1.
Certo, il fine non è solo questo, ma questo dovrebbe semplificare di molto le cose; poi il fatto che invece del "metro" si usi qualcosa di diverso, per esempio il "matro" (lo spazio percorso dalla luce in un "secondo") non mi pare che debba dare necessariamente problemi pratici, basterebbe, per esempio, usare, per le misure della vita pratica, il "micromatro" (circa 3 dm).
... Per stare all'unità di lunghezza, e al mondo "di tutti i giorni", trovo che il metro sia "sbagliato": ...
non vedo il problema: basta che tu usi il decimetro, oppure il centimetro, ed avrai quello di cui hai parlato. Certo se tu volessi utilizzare solo la grandezza principale (il metro) e non le altre (dm, cm, mm, dam, hm. km, ...) avresti delle difficoltà, ma sono solo "teoriche" (che la grandezza principale della massa si chiami "grammo" oppure "kilogrammo", non cambia molto.
Gaspero

Daniela
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da Daniela »

Ciao Gaspero la maggior parte delle grandezze fisiche non hanno come tu giustamente scrivi ragione di esistere, altre sono null'altro che dei numeri con magari dei pigrechi di mezzo, altre ancora naturalmente ce le dobbiamo tenere perche allo stato attuale della fisica sono empiriche, ad esempio le masse delle varie particelle elementari, da quelle piu comuni a quelle altre che infestano a migliaia (si'!!) i libriccini-calendarietti del cern. Se gli ingegneri usano giustamente come tutti noi nella vita quotidiana il SI, in fisica nei settori dove meccanica dei quanti e relativita hanno un ruolo significativo, si usa abitualmente un sistema con accatagliato=c=1 e sparisce anche la carica elettrica la temperatura e tutto il resto.... rimane solamente una grandezza fisica che potra' essere misurata in metri, secondi, o piu elegantemente in multipli della distanza di planck. Si chiamano "unita naturali" mi sembra. La nostra impressione che lo spazio sia distinto dal tempo e che la velocita' della luce nel vuoto sia poco meno di 300mila Km/s e' esclusivamente un artefatto dovuto alla nostra esperienza che si svolge in gran parte a velocita' molto basse rispetto a c, di qui le definizioni del SI e analoghi, una volta che la teoria e' stabilizzata non c'e' piu' ragione (nei contesti dove serve, e semplifica i calcoli un sacco) di tenersi dei sistemi di misura obsoleti. Lo stesso per accatagliato e le altre costanti che svaniscono.
Daniela
"L'essenza della libertà è la matematica"

delfo52
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da delfo52 »

Certo Infinito, i miei erano davvero complimenti sinceri e sentiti.
Mi piace il tuo micromatro; che, guarda caso, vale circa un piede, che è la misura imperiale cui farei riferimento nella vita reale !
Una cosa che ho sempre pensato. Nel sistema metrico decimale, con le unità arbitrarie che si sono prese, viene fuori una accelerazione di gravità che è 9,8 eccetera
Era tanto difficile modificare di quel poco il metro, o il secondo, per far sì che fosse un bel 10 spaccato ?
Certo, fare una simile modifica oggi, sarebbe di una compessità pratica assurda, ma ai tempi di Newton, o della RivoluzioneFrancese, forse....
Qualcuno, vecchio come me, ricorderà quando (mi pare inizi '60) la Svezia cambiò la carreggiata di marcia stradale, passando dalla sinistra "britannica" alla destra "continentale".
Due giorni di stop assoluto, e un immenso lavoro di spostamento cartelli, segnali, strisce per terra, e tutto quel che serviva. Un'opera immane, ma con volumi di traffico risibili rispettoad oggi. Se la Gran Bretagna volesse (ma non vuole), oggi sarebbe molto, ma molto più complesso.
Quella mossa svedese di tanti anni fa, ha reso possibile il collegamento stradale oggi esistente con la danimarca via ponte-isola artificilale-tunnel. Meraviglia dell'ingegneria e della cooperazione internazionale. Per progettarlo, costruirlo, collaudarlo,metterlo in uso, ci hanno messo meno tempo di quel che sytanno impiegando, non dico per il ponte sullo Stretto, ma per il sottopasso pedonale di via della Chiesa a Castel Maggiore, una quarantina di metri sotto la ferrovia Bologna-Ferrara, di cui si parla da almeno 15 anni.....
Enrico

infinito
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da infinito »

Ciao Daniela. Sì, avevo letto che Einstein aveva proposto di porre c=1, ottenendo formule estremamente semplificate, ma non sapevo che era stato esteso a tutto il sistema di unità di misura.

Ho trovato (una parte di) quello a cui fai riferimento su Wikipedia-Unità naturali. Mi stupisce che se ne sappia così poco (almeno io, dall'alto della mai ignoranza), e che nelle scuole non se ne faccia mai nemmeno cenno (almeno nelle mie lezioni ...) spero che, anche per questa discussione, dal prossimo anno scolastico le cose cambino significativamente (almeno nelle mie lezioni ...).

Ti ringrazio: è stato molto interessante.


Comunque da quello che ho letto e, soprattutto da quello che scrivi tu, mi pare di aver capito che le cose non sono ancora "stabilizzate", e come manca ancora un'idea generale, cioè una "chiave interpretativa", che renda "naturale" la meccanica quantistica (come è successo per la relatività, secondo l'impostazione di Einstein), così non si è ancora eletto un sistema come "naturale", "vero", "definitivo" (certo che le mie idee in proposito sono particolari e sicuramente un po' diverse dalle tue, ma il concetto mi pare chiaro).

Ma leggendo nel link sopra mi pare che il tutto sia stato impostato praticamente all'inizio della meccanica quantistica, e ora semplicemente si usa, visto la semplificazione sostanziale che apporta.
- Ci sono evoluzioni significative attuali?
- Sai se c'è una pagina con le costanti derivate dai sistemi "semplificati" di unità di misura? Ovviamente non mi aspetto che "costanti" come g siano esattamente uguali ad 1, non foss'altro perché la massa della Terra non mi pare molto costante ..., ma le altre sì.
Daniela ha scritto:... una volta che la teoria e' stabilizzata non c'è più ragione (nei contesti dove serve, e semplifica i calcoli un sacco) di tenersi dei sistemi di misura obsoleti ...
Ecco, qui non so se ho capito bene, ma c'è il grosso problema di cui parlava Enrico
delfo52 ha scritto:... Certo, fare una simile modifica oggi, sarebbe di una compessità pratica assurda, ma ai tempi di Newton, o della RivoluzioneFrancese, forse....
non si sa se vale la pena o meno di cambiare unità di misura fisicamente inadeguate. L'esempio è evidente se si pensa non solo al nostro "quasi perfetto" SI,
dove c'è un'unità fondamentale che si chiama "kg", per cui il grammo andrebbe indicato non con "g", ma con "mkg" (milli-chilogrammo), e la tonnellata (che non è SI) invece di "Mg" andrebbe indicata con "kkg",

ma nel "sistema quotidiano" c'è il tempo, le cui unità, a partire dal (minuto) secondo, non appartengono a un sistema metrico decimale, ma "inizialmente" a uno sessagesimale (60 secondi = 1 minuto, 60 minuti = 1 ora, forse perché 60 ha il vantaggio di essere divisibile per 2, 3, 4, 5, 6, ...), il successivo multiplo lo è di 24 (24 ore = 1 giorno, 24 è divisibile per 2, 3, 4, 6, ma non per 5), poi, a dispetto di ogni logica, si passa alla settimana (7 giorni = 1 settimana, ma 7 è un numero primo), poi, lungi dall'aver toccato il fondo, si arriva al mese (di 28, 29, 30 o 31 giorni, ...), poi all'anno ... ma non ci si stupisce più.
Ma non è facile trovare una soluzione a questo "problema" (ammesso che per altri, oltre a me, sia un problema), e questo perché i giorni non hanno durata costante (né assoluta, né media nell'anno), gli anni non durano un numero intero di giorni, le convinzioni religiose ostacolano una "settimana" che non sia di 7 giorni (e io per primo non la vorrei), e per altri svariati motivi.
delfo52 ha scritto:... Se la Gran Bretagna volesse (ma non vuole), oggi sarebbe molto, ma molto più complesso...
Io veramente considero che gli inglesi abbiano dato esempio di una scelta coraggiosa in tal senso, quando hanno abolito il Sistema Imperiale Britannico (che a te piace così tanto): scelta sì "doverosa", ma molto difficile (ieri meno che in futuro) e con implicazioni così radicali che al confronto i miei problemi con l'euro sono insignificanti. Gli americani invece non l'hanno ancora fatto, nonostante utilizzino da molti anni il SI nella fisica internazionale e industriale ... e nonostante prima o poi debbano farlo (a meno di adottare direttamente un sistema di quelli che ci ha presentato Daniela ...
Gaspero

Daniela
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Re: Ricerca de “IL” sistema di unità di misura della fisica.

Messaggio da Daniela »

per Delfo: bisognava provvedere prima della rete delle M in uk, adesso sarebbe difficile. Comunque la norvegia ha guida a sinistra a tutt'oggi, ed esistono strade senza dogana e polizia naturalmente nel mezzo del nulla dove magari di notte nel buio vedi solo un cartello "benvenuti in svezia" o risp. in norvegia (da decenni c'era un accordo tipo schengen) cambia il verso di guida pero'. A me verrebbe da pensare che sia pericolosissimo ma mi si dice che non lo sia piu' di tanto.
Per infinito: non ti so dire perche si parla poco delle unita' naturali, all'universita' a me le hanno insegnate al primo corso del primo anno, in effetti pero non mi sembra che al liceo se ne fosse parlato. Si procede cosi', per prima cosa si evidenziano le grandezze che vuoi fare scomparire - ti faccio l'esempio del sistema massa, spazio, tempo in cui abbiamo deciso di voler porre accatagliato = c=1 - e si esprimono tutte le grandezze non piu nel vecchio sistema ma nel nuovo, in pratica fai una rotazione nello spazio delle unita di misura. Vogliamo quindi esprimere tutto quanto nelle seguenti nuove unita': lunghezza, velocita' (spazio/tempo) che e' quella di c, e azione (cioe' massa distanza^2 tempo^-1) che e di hbar. Ridefiniamo in termini delle unita' nuove le unita' vecchie
spazio= (spazio)^A velocita'^B azione^C = spazio^1 tempo^0 massa^0
e applichi il princ di identita' dei polinomi
Lo stesso per le altre due equazioni
tempo= ...
massa= ....
A questo punto collassi lo spazio vettoriale sul sottospazio di dim 1 ponendo accatagliato = c= 1 (avrai fattori numerici)
scusa se sono laconica ma stavo andando, di malumore, a... votare. Magari continuo dopo.
No la meccanica dei quanti a tutt'oggi non e' compresa da nessuno, hai 100% ragione
Si' viene spesso messa uguale a 1 non esattamente la g=9.81 (non che io sappia, quantomeno) ma la G cost. di grav. universale in tutte le applicazioni cosmologiche e di relativita generale.

a piu tardi
daniela
Daniela
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