Fisica

«Siamo esserini che vivono sulla crosta di una palla di roccia lanciata nello spazio, come una piccola astronave. Fuori, c’è uno straordinario mondo ancora inesplorato. Come un bambino che si affacci per la prima volta a una finestra sul mare, l’umanità intera guarda dall’oblò dei suoi telescopi, curiosa, incantata.» Questo libro raccoglie articoli di giornale scritti da Carlo Rovelli tra il 2010 e il 2020 per il «Corriere della Sera», il supplemento domenicale del «Sole 24 Ore» e altri quotidiani italiani e stranieri. Parla di viaggi (anche psichedelici); di poeti, Lucrezio, Dante e Leopardi, perché «la grande scienza e la grande poesia sono entrambe visionarie, e talvolta possono arrivare alle stesse intuizioni»; di filosofi, da Aristotele a David Lewis che sostiene esistano asini che volano; di buchi neri e telescopi, onde gravitazionali e gravità quantistica. Parla del Big Bang e della nascita del tempo, di scienziati come Stephen Hawking, Roger Penrose, Kip Thorne e del sacerdote Georges Lemaître. Parla di una generazione, quella dell’autore, troppo giovane per il Sessantotto ma non per il Settantasette, di università, di politica, di ateismo, della natura della mente e della coscienza (anche di quella dei polpi). È la raccolta dei sogni e delle passioni intellettuali di un fisico alla ricerca di idee nuove e di una prospettiva ampia e coerente, in cui la scienza si intrecci e si integri con l’intera cultura, una sorta di diario delle avventure intellettuali di uno scienziato che crede nell’impegno civile e nella necessità di una seria divulgazione, e sogna un mondo in cui, «più delle regole, conti la gentilezza».

La fisica (dal greco phýsis = natura) è la scienza che studia i fenomeni naturali, ad esclusione di quelli che comportano trasformazioni chimiche della materia e processi biologici, al fine di poterli descrivere misurando le loro proprietà (o grandezze) e stabilendo tra queste relazioni matematiche (leggi). Per effettuare questa analisi, la fisica si avvale di una metodologia di indagine denominata metodo sperimentale, cioè basato esperimenti riproducibili. Il metodo sperimentale, introdotto da Galileo Galilei (1564-1642), interpreta le cause dei fenomeni facendo ipotesi, le quali, se confermate dai risultati degli esperimenti, sono riconosciute come teorie. Gli sviluppi della fisica da Galileo fino alla fine dell'800 hanno consentito di edificare i fondamenti della fisica classica: le leggi e i principi che descrivono il moto dei corpi e le cause (forze) che lo determinano, definiti dalla meccanica (in particolare per opera di I. Newton, 1642-1727), i fenomeni elettromagnetici e la teoria dell'elettromagnetismo, elaborata da J.C. Maxwell (1831-1879), le leggi relative ai fenomeni legati al calore e dell'ottica. Il presente libro, oltre a richiami teorici, propone una serie di esercizi risolti e da risolvere, allo scopo di approfondire la materia mettendo in pratica le nozioni apprese nei corsi teorici. Il testo comprende esercizi di elettrostatica, corrente elettrica, magnetismo, elettromagnetismo e ottica geometrica.

«Ma davvero tu credi che la Luna non sia lì quando nessuno la guarda?», così Albert Einstein esprime tutte le sue perplessità al collega e futuro biografo Abraham Pais. Esse riguardano i fondamenti della meccanica quantistica, la nuova finestra che i fisici hanno spalancato sul mondo naturale all’inizio del Novecento. Una visione molto lontana dal senso comune, che mette in discussione persino il concetto di realtà oggettiva. Gli interrogativi di Einstein sono uno degli elementi principali del confronto intorno alla meccanica quantistica, a sua volta uno dei dibattiti più elevati e profondi nella storia della cultura umana. La vicenda dei quanti, delle sue stranezze, dei suoi paradossi, della sua estrema precisione, delle sue domande filosofi che sulla realtà e sull’oggettività ha attraversato tutto il XX secolo. E non ha raggiunto ancora un approdo sicuro. La discussione è più che mai aperta e va di pari passo con i risultati empirici e le straordinarie tecnologie che ha prodotto. La domanda resta aperta: «Ma davvero tu credi che la Luna non sia lì quando nessuna la guarda?».

Oggi sappiamo che l’universo ha avuto origine con un big bang e si è espanso sotto il controllo delle componenti oscure di materia ed energia; abbiamo imparato come si formano, evolvono e interagiscono le galassie, e come nascono, vivono e muoiono le stelle; abbiamo cercato i pianeti extrasolari e i segnali della vita, ascoltato l’urlo della fusione di due buchi neri e molto altro ancora. Un sapere frutto del balzo in avanti dell’astrofisica e della cosmologia nel Novecento, stimolato e secondato dai grandiosi progressi della fisica e dalla tecnologia. Sbaglieremmo però a pensare di poter ormai archiviare il passato. Se abbiamo saputo vedere lontano, diceva Newton, è perché ci siamo sollevati sulle spalle dei giganti. Dunque, tracciare l’evoluzione delle conquiste scientifiche non ci concede solo il piacere di risalire alle radici del pensiero e di riconoscere il peso dei diversi attori; serve anche ad analizzare l’eredità di errori e preconcetti di un’attività genuinamente cumulativa in un contesto storico allargato. Con questo spirito il volume affronta il millenario divenire delle scienze del cielo, dando spazio anche al ruolo e ai progressi degli strumenti d’osservazione e di analisi.

Viaggiare nel tempo esplorando altre epoche, visitare nuovi mondi e incontrare civiltà aliene, superare la velocità della luce e vedere il tempo scorrere in modo diverso. Siamo abituati a considerare queste imprese pura fantascienza. Ma se non fosse così? Se la fisica non solo fosse in grado di spiegarle ma potesse, nel prossimo futuro, renderle possibili? Cose che e a bocca aperta per lo stupore abbiamo ammirato in Ritorno al futuro, in Star Trek o nei fumetti Marvel potrebbero essere realtà: Cosimo Bambi, fisico e ricercatore, ci spiega come viaggeremo nel tempo, come cammineremo nei buchi neri e come supereremo la quarta dimensione. Partendo dalla cultura pop e arrivando alla relatività generale, scopriamo perché non dobbiamo smettere di sognare l'impossibile: potrebbe essere più vicino di quanto pensiamo.

Forse avevano davvero ragione i Greci, in principio era il caos. Molte osservazioni della fisica moderna sembrerebbero confermarlo. Ma cos'è successo nei primi istanti di vita dell'universo? Davvero la scienza del XXI secolo fa ritornare d'attualità il racconto di Esiodo, che racchiude l'origine del tutto in un verso splendido e fulminante: "All'inizio e per primo venne a essere il caos"? E oggi l'universo è il sistema organizzato e affidabile che ci appare o è dominato ancora dal disordine? Per scoprirlo, ogni giorno schiere di uomini e donne esplorano gli angoli più reconditi della materia, usano i grandi telescopi o i potenti acceleratori di particelle con cui, come ieri i Greci con i loro racconti, stanno cercando di rispondere alla più antica tra tutte le domande. Tonelli ci mostra come costruire una cosmogonia non sia più affare per specialisti, e il mito e la scienza abbiano in fondo la stessa funzione: permettere all'essere umano di trovare il proprio posto nell'universo.

Come fanno i fachiri a stendersi su un letto di chiodi senza farsi male? Come mai quando siamo in ascensore ci sembra di pesare di meno, o di più, a seconda del movimento? Perché la luna non ci cade addosso? È vero che alcuni scienziati hanno avuto una vita avventurosa? Chi non ha a disposizione 5 minuti? In treno, in autobus, in sala d'attesa, in coda e - perché no - in bagno... Per imparare divertendosi basta il tempo di un caffè. 256 pagine per scoprire le leggi che regolano il mondo, sfruttando ogni piccola pausa! Le principali teorie della fisica, spesso spiegate con esempi pratici, tratti dalla vita di tutti i giorni. Da Archimede a Stephen Hawking, passando per Marie Curie e Heinrich Rudolf Hertz, le vite e le invenzioni delle personalità più influenti, con citazioni e curiosità. Illustrazioni e grafici che facilitano la comprensione del testo. Riferimenti alla cultura pop, con film, libri e musica, per imparare la fisica con un sorriso. Un piccolo manuale da portare sempre con sé, per divertirsi con la fisica...

A Helgoland, spoglia isola nel Mare del Nord, luogo adatto alle idee estreme, nel giugno 1925 il ventitreenne Werner Heisenberg ha avviato quella che, secondo non pochi, è stata la più radicale rivoluzione scientifica di ogni tempo: la fisica quantistica. A distanza di quasi un secolo da quei giorni, la teoria dei quanti si è rivelata sempre più gremita di idee sconcertanti e inquietanti (fantasmatiche onde di probabilità, oggetti lontani che sembrano magicamente connessi fra loro, ecc.), ma al tempo stesso capace di innumerevoli conferme sperimentali, che hanno portato a ogni sorta di applicazioni tecnologiche. Si può dire che oggi la nostra comprensione del mondo si regga su tale teoria, tuttora profondamente misteriosa. In questo libro non solo si ricostruisce l’avventurosa e controversa crescita della teoria dei quanti, rendendo evidenti, anche per chi la ignora, i suoi passaggi cruciali, ma la si inserisce in una nuova visione, dove a un mondo fatto di sostanze si sostituisce un mondo fatto di relazioni, che si rispondono fra loro in un inesauribile gioco di specchi. Visione che induce a esplorare, in una prospettiva stupefacente, questioni fondamentali ancora irrisolte, dalla costituzione della natura a quella di noi stessi, che della natura siamo parte.

Questo volume vuole ricordare il periodo attorno al 1934, anno “mirabile” ricco di scoperte e di gloria soprattutto per un gruppo di giovani scienziati che nei laboratori del Regio Istituto di Fisica di Roma contribuirono all’avanzamento della conoscenza nello studio della Natura e della Fisica Nucleare in particolare. In esso vi sono raccolti i principali scritti con i quali Fermi, e il suo gruppo comunicò, al mondo le proprie scoperte: dalle prime lettere a La Ricerca Scientifica ai più approfonditi articoli su Il Nuovo Cimento e sugli atti di The Royal Society, insieme a comunicazioni e testimonianze di altri scienziati. Nel volume, che esce a 80 anni dalla cerimonia di conferimento del Premio Nobel a Fermi, ci è sembrato doveroso, oltre che interessante, riproporre il discorso di presentazione, tenuto dal Presidente della Commissione Nobel, con le motivazioni dell’assegnazione e la Lecture di Fermi nella sua versione originale in inglese. Questa pubblicazione include anche alcuni articoli, di docenti e ricercatori del Dipartimento di Fisica e dell’INFN di Pisa, che permettono di ricostruire il contesto storico e culturale nel quale quelle scoperte furono realizzate. L’iniziativa, che segue il convegno “Enrico Fermi. 80 anni dal Nobel”, tenutosi a Pisa il 7 dicembre 2018, è realizzata dal Centro Pontecorvo allo scopo di suscitare negli studenti di fisica l’entusiasmo nella ricerca e nello studio della Natura attraverso la conoscenza di una avventura che fu condotta e vinta da un gruppo di giovani fisici in fondo poco più anziani di loro, I Ragazzi di Via Panisperna.

All'inizio fu il suono: così comincia la storia dell'universo secondo Tomatis. E in effetti il Big Bang è anche un enorme suono, tanto che gli astrofisici ritengono che il fragore di questa originaria esplosione sia ancora udibile nella radiazione di fondo che pervade l'intero universo. Ma se l'universo ha avuto inizio col suono, anche noi nasciamo col suono e nei suoni. In questo saggio, Tomatis riflette sulla complessità acustica dentro cui siamo costantemente immersi fin dalla nascita e, ancora prima, nella vita intrauterina. Noi siamo da sempre dentro un universo fatto di suoni che permea e caratterizza tutta la nostra esistenza, che plasma la nostra stessa persona. Introduzione di Concetto Campo.

Nonostante molti ritengano che arte e scienza forniscono immagini oscillanti che non si possono cogliere assieme e che, in seguito alla moltiplicazione delle discipline e alla specializzazione a cui si assiste nella società contemporanea, tra cultura scientifica e cultura umanistica si sia generata una frattura insanabile, esaminando le cose in profondità è possibile individuare tra questi due settori forti interazioni e parallelismi. In questo libro, sulla base della convinzione che tra scienza ed arte esistono, sia a livello epistemologico e metodologico, sia sul piano delle loro rispettive costruzioni nei vari ambiti di studio, rilevanti elementi di connessione, si mostra come il mondo costruito dall'arte e il mondo costruito dalla scienza abbiano le stesse caratteristiche e rappresentino di fatto lo stesso "universo". Significativi parallelismi e legami reciproci possono essere individuati tra opere d'arte e teorie della scienza e, in particolare, è possibile costruire dei percorsi che, a partire da alcune importanti opere d'arte, consentono di arrivare ad alcuni fondamentali risultati in campo scientifico, segnatamente riguardo la fisica moderna.

Il libro racconta le origini della simulazione molecolare, la nuova frontiera aperta quando le domande della fisica teorica hanno incontrato la potenza dei moderni computer. Il grandioso sviluppo dei computer ha creato le condizioni per una mutazione scientifica ed epistemologica paragonabile, seppure in scala minore, a quella indotta dal cannocchiale di Galileo. Essa ha consentito al fisico di “ricostruire la natura”, trasformandolo da “legislatore” in “ricreatore” del mondo. Per la prima volta, grazie al computer, diventa possibile studiare l’evoluzione nel tempo di sistemi composti da milioni di molecole, e quindi simulare il comportamento di materiali macroscopici e predirne le proprietà. Nasce così una nuova scienza: la simulazione molecolare, che diviene lo strumento principe per lo studio di sistemi complessi di materia condensata in fisica, chimica, biologia e scienza dei materiali. Ma questi sviluppi sono pressoché ignorati dal grande pubblico. Il volume sopperisce a questa carenza presentando una ricostruzione delle tappe iniziali della dinamica molecolare accessibile al lettore interessato alla scienza, descrivendo le traiettorie scientifiche e personali dei protagonisti principali e discutendo le profonde novità concettuali scaturite dal loro lavoro.