Fisica in un minuto: spazio di configurazione

Uno spazio di configurazione di un sistema fisico offre tutti gli stati possibili in cui può trovarsi. Ad esempio, se il sistema è costituito da una molecola d’aria che si muove in una stanza, allora lo spazio di configurazione può essere costituito da tutti i punti della stanza: sono tutte le posizioni in cui la particella potrebbe trovarsi, ed è una porzione di normale spazio 3D come lo conosciamo. Ogni punto in questo spazio di configurazione può essere appuntito da tre coordinate .

Dove sono tutte le molecole d’aria?

Se si dispone di due molecole d’aria, lo spazio di configurazione è costituito da tutte le possibili configurazioni delle due molecole, quindi è costituito da coppie di punti dallo spazio 3D. Se la particella 1 è al punto e particella 2 è al punto , quindi che la configurazione corrisponde al punto nella configurazione dello spazio. Non possiamo più visualizzare quello spazio perché è a sei dimensioni. Questo non è un problema però, come sappiamo che sta per due particelle nello spazio 3D ordinario.

Se hai molte molecole d’aria nella tua stanza (cosa che speriamo tu faccia, altrimenti saresti morto), lo spazio di configurazione ha molte e molte dimensioni: se ci sono particelle , allora lo spazio di configurazione ha dimensioni, tre per ogni particella.

Potresti anche voler codificare alcune informazioni sul movimento delle molecole, ad esempio il loro momento, nello spazio di configurazione. Momentum ha tre componenti, uno per ogni direzione nello spazio. Pertanto, se includiamo la quantità di moto, ogni particella viene fornita con sei informazioni (tre per la posizione e tre per la quantità di moto). Lo spazio di configurazione di un sistema di particelle ha ora dimensioni .

Questo dimostra che lo spazio di configurazione, sebbene basato sulla nostra nozione ordinaria di spazio 3D, può essere molto più complicato dello spazio 3D ordinario. Quanto sopra si applica alla fisica classica come lo impariamo al liceo. Nella meccanica quantistica, tuttavia, le cose diventano molto più complesse e sottili. In questo caso lo spazio di configurazione può essere ancora più esotico.