1Che cosa metti dentro
È l'unico esperimento della serie in cui il numero di ingresso non lo dà un cursore: lo dà un righello, in cucina.
Il gesto, nell'ordine
- Togli il piatto rotante. Il piatto gira apposta per cancellare quello che vogliamo vedere.
- Metti dentro quello che hai scelto, appoggiato piatto, e fai partire il forno per il tempo indicato qui sopra.
- Ferma il forno alle prime chiazze, non quando è tutto sciolto. Le prime chiazze sono i ventri dell'onda: se aspetti si allargano, si toccano, e la misura è persa.
- Appoggia il righello e misura in centimetri la distanza fra i centri di due chiazze vicine.
- Leggi la frequenza sulla targhetta del forno — sul retro, o sul bordo interno dello sportello. Su quasi tutti c'è scritto 2450 MHz.
Prima di accendere: ferma alle prime chiazze, il piatto scotta, niente metallo dentro.
2I tuoi due numeri
Uno lo misuri, uno lo leggi. Non ce ne sono altri.
Tre righelli distanti due millimetri l'uno dall'altro. Servono a farti vedere quanto pesano due millimetri.
3Che cosa esce
4Che cosa succede dentro
La cavità vista dall'alto. L'onda non cammina: sta ferma e respira. I punti in cui non si muove mai sono i nodi, quelli in cui oscilla di più sono i ventri — ed è lì che il cioccolato fonde.
5Rifai il conto a mano
Con i tuoi numeri, riga per riga. È il pezzo che rende questo un esperimento e non un giocattolo.
λ = 2 × d. La distanza d fra due chiazze vicine è mezza onda, quindi l'onda intera è il doppio. Attenzione alle unità: i centimetri vanno divisi per 100 per avere metri.
c = λ × f. Vale per qualunque onda, dal mare al suono alla luce: la velocità è la lunghezza di un'onda per quante ne passano in un secondo. f in hertz: 2450 MHz sono 2.450.000.000 Hz.
c = 2 × d × f. Le due formule messe insieme. Questo è tutto l'esperimento: un numero misurato, un numero letto, una moltiplicazione.
Controllo delle unità: metri × (1/secondi) = metri al secondo. Se quello che ti esce non ha le unità di una velocità, hai sbagliato il conto. Fallo sempre.
Riportalo al corpo
L'onda che scioglie il cioccolato è lunga 12,2 centimetri. Apri la mano: è la distanza fra la punta del pollice e la punta del mignolo di una mano adulta. Le chiazze stanno a metà di quella distanza, 6,1 centimetri, la larghezza di tre dita affiancate. Non è una scala microscopica: sta nel palmo.
E il numero che ne esce, 2,99×108 metri al secondo, riportalo al petto. Il tuo cuore batte una volta ogni 0,857 secondi, e fra un battito e il successivo la luce percorre 256.965 chilometri: 6,4 volte il giro della Terra, ovvero i due terzi della strada per la Luna. Quel numero è appena uscito da tre dita di cioccolato fuso.
| fra due battiti | 0,857 s | 60 secondi diviso 70 battiti |
|---|---|---|
| strada della luce | 256.965 km | c × 0,857 s |
| giri della Terra | 6,41 | circonferenza equatoriale 40.075 km |
| strada per la Luna | 67% | distanza media 384.400 km |
La sorpresa
Riguarda quello che hai fatto: in tutto l'esperimento non hai mai misurato un tempo. Non c'è un cronometro, non c'è un orologio, non c'è niente che scatti. Hai un righello e basta. Eppure il risultato è una velocità, metri al secondo. I secondi entrano da un numero stampato su una targhetta — e quel numero, a sua volta, è fissato soprattutto da una lunghezza: la dimensione delle cavità scavate nel blocco di rame del magnetron, che è quello che decide a che ritmo oscilla. Hai misurato una velocità con due lunghezze.
Seconda parte, ed è quella che conta. Nel forno non è entrata nessuna luce. L'onda che ha sciolto il cioccolato è lunga 12,24 cm contro i 550 nanometri della luce verde: è 222.480 volte più lunga, e ogni suo fotone porta 222.480 volte meno energia. È così diversa dalla luce che l'occhio non la registra affatto. Corre esattamente alla stessa velocità.
Questo è precisamente il passaggio che fece Maxwell. Prese due costanti misurate con condensatori, fili e magneti — senza mai accendere una candela — e ne ricavò 3,1074×108 m/s. Fizeau aveva misurato la velocità della luce con una ruota dentata e uno specchio lontano: 3,14858×108. Distavano l'1,31%. Maxwell non concluse che la luce somiglia a un'onda elettromagnetica: concluse che la luce è un'onda elettromagnetica, la stessa cosa che scioglie il tuo cioccolato con l'onda accorciata di un fattore duecentomila. Ventidue anni dopo Hertz costruì in laboratorio onde lunghe qualche metro e mostrò che si riflettono, si rifrangono e si polarizzano come la luce. La previsione era arrivata prima dell'oggetto.
Che cosa questo modello non dice
Sette punti. Non sono note a piè di pagina: sono parte dell'esperimento.
Secondo mito, l'etere. Maxwell ricavò le sue onde come vibrazioni di un mezzo meccanico che riempirebbe tutto lo spazio. Quel mezzo non esiste: Michelson e Morley nel 1887 non lo trovarono, la relatività ristretta nel 1905 lo tolse di mezzo. Le equazioni di Maxwell sono sopravvissute intatte; l'immagine mentale con cui erano state costruite no. Si può avere ragione sui conti e torto sul quadro.
Maxwell, 1865 +
Due misure che con la luce non c'entrano niente. Da una parte due lastre di metallo e una batteria: quanta carica ci sta sopra. Dall'altra due fili percorsi da corrente e una bilancia: quanto si attirano.
Oggi questo non è una sorpresa, e va detto perché: nel Sistema Internazionale ε₀ è definita come 1/(μ₀c²), quindi le due costanti e c sono legate per costruzione. La sorpresa era nel 1862, quando le tre cose erano misurate in modo indipendente.
Distano l'1,31%. Il punto non è che fossero precisi, non lo erano: è che due strade senza niente in comune — elettricità da una parte, ottica dall'altra — arrivano allo stesso numero entro l'1,3%.
Quanto è diversa dalla luce +
Scala logaritmica: ogni passo verso destra è un fattore dieci. A sinistra l'onda che vedi, a destra quella che ti ha sciolto il cioccolato.
Il rapporto fra le energie dei due fotoni è lo stesso rapporto fra le lunghezze, perché l'energia di un fotone è E = h × f e f è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda. h = 6,62607015×10−34 J·s.
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