Fisica

"Quando vidi per la prima volta il disegno del gatto nella scatola avevo appena compiuto 14 anni, facevo la terza media, era il 2006. Mai avrei pensato che questo disegno mi avrebbe perseguitato per tutta la vita. È arrivato il momento per me di capire cosa c'è dietro. Gli enigmi non mi spaventano, basta mettere in fila i passaggi, uno dopo l'altro, facile." Gabriella Greison, fisica, scrittrice, divulgatrice, affronta con questo romanzo la grande sfida di rendere narrativa e comprensibile a tutti la fisica quantistica. "Ucciderò il gatto di Schrödinger" è la storia romanzata della vita di Erwin Schrödinger, lo scienziato per antonomasia della fisica quantistica, divenuto popolare grazie all'ideazione del suo famoso paradosso, che illustra in modo emblematico le insolite regole del mondo delle particelle: il gatto dentro la scatola da lui congegnata è vivo o morto? Oppure entrambe le cose? Protagonista del libro è Alice, una donna di 28 anni, in pieno tormento esistenziale per le scelte che deve compiere. Le viene in aiuto il suo amico immaginario, Erwin Schrödinger, prima semplicemente un poster in camera sua, poi presenza fissa nei suoi sogni. L'avvincente dialogo con il fisico austriaco genererà in lei la passione per la fisica quantistica, che l'accompagnerà nella crescita personale.

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.

La fisica quantistica è nata all?inizio del ?900 dall?impossibilità di spiegare classicamente alcuni risultati sperimentali relativi alla fisica atomica e all?interazione tra radiazione elettromagnetica e materia alla scala atomica. Attualmente è diventata una grammatica universale ? cioè un insieme di principi che qualunque teoria fisica deve soddisfare ? che cambia radicalmente il quadro concettuale della fisica classica, modificando il significato di predittività e di realtà. Oggi non esiste fisica non quantistica. Questa origine storica ha contribuito alla fama della fisica quantistica come di una materia particolarmente ostica. Dall?esigenza di smarcarsi dalla sua presunta incomprensibilità e di fornirne un?introduzione completa è nato questo manuale, alla portata di uno studente che si affacci alla meccanica quantistica e al suo formalismo per la prima volta. Gli autori hanno scelto un approccio radicato negli sviluppi più recenti, concettualmente più appropriato e didatticamente più efficace; in particolare, i principi della fisica quantistica sono resi più trasparenti perché formulati per sistemi con un numero finito di gradi di libertà. La meccanica quantistica diventa così il risultato dell?applicazione di questi principi alle leggi di base della meccanica e può essere costruita a partire dalle proprietà di simmetria di quest?ultima. La materia è stata organizzata secondo un criterio di sinteticità e la trattazione rispecchia due convinzioni: che lesimmetrie forniscano appunto il miglior principio organizzatore nella presentazione della materia (si inizia perciò con la formulazione della meccanica in una sola dimensione per poi passare allo studio di sistemi in più dimensioni); che imetodi algebrici siano in generale più comprensibili rispetto alla risoluzione di equazioni differenziali. Gli argomenti coprono lo spettro di una formazione di base in fisica quantistica nonrelativistica e sono sufficienti per affrontare corsi più avanzati. Infine, dal momento che imparare a risolvere esercizi e problemi è fondamentale per lo studente, nel libro si trovano: * ? esercizi dimostrativi completamente svolti (almeno un paio per capitolo) * ? una raccolta di temi d?esame (ciascuno composto da 6/7 esercizi e una domanda aperta) suddivisi in due parti, da usare come test di autovalutazione. Stefano Forte è professore ordinario di Fisica teorica all?Università degli Studi di Milano. Per Zanichelli ha curato anche la seconda edizione italiana di Meccanica quantistica moderna, di Sakurai e Napolitano (2014). Luca Rottoli è ricercatore post-dottorale all?Università degli Studi di Milano-Bicocca. Le risorse digitali online.universita.zanichelli.it/forte A questo indirizzo sono disponibili le risorse digitali di complemento al libro.

Approfittando di un giorno di vacanza, Mr Tompkins, anonimo ma curioso impiegato di banca, assiste a una conferenza sulla teoria della relatività. Da quel momento la fisica entra nella sua vita e nei suoi sogni come luogo di viaggi meravigliosi e scoperte emozionanti. Gamow scrisse il primo racconto di Mr Tompkins nel 1938 per spiegare in modo semplice la curvatura dello spazio e l’espansione dell’universo. Questa e altre storie furono poi raccolte in un volume, che divenne un classico della divulgazione scientifica. Nei mondi «scientificamente fantastici» in cui si avventura il protagonista prendono corpo le idee della fisica moderna e della cosmologia: quanti e relatività, atomi, nuclei e particelle elementari, materia e antimateria. A più di trent’anni dall’ultima revisione di Gamow, questo libro è stato in parte riscritto da Russell Stannard, che lo ha aggiornato alle più recenti scoperte della fisica per regalare nuovi mondi da esplorare all’infaticabile Mr Tompkins e ai suoi affezionati lettori.

Come le "Sette brevi lezioni di fisica", che ha raggiunto un pubblico immenso in ogni parte del mondo, questo libro tratta di qualcosa della fisica che parla a chiunque e lo coinvolge, semplicemente perché è un mistero di cui ciascuno ha esperienza in ogni istante: il tempo. E un mistero non solo per ogni profano, ma anche per i fisici, che hanno visto il tempo trasformarsi in modo radicale, da Newton a Einstein, alla meccanica quantistica, infine alle teorie sulla gravità a loop, di cui Rovelli stesso è uno dei principali teorici. Nelle equazioni di Newton era sempre presente, ma oggi nelle equazioni fondamentali della fisica il tempo sparisce. Passato e futuro non si oppongono più come a lungo si è pensato. E a dileguarsi per la fisica è proprio ciò che chiunque crede sia l'unico elemento sicuro: il presente. Sono tre esempi degli incontri straordinari su cui si concentra questo libro, che è uno sguardo su ciò che la fisica è stata e insieme ci introduce nell'officina dove oggi la fisica si sta facendo.

"Particelle familiari" è un viaggio attraverso i fondamenti, le motivazioni e la quotidianità della fisica delle particelle. Attraverso i "perché?" implacabili della figlia, le richieste di semplificazione della moglie e i dubbi degli amici, il libro esplora quello che la fisica capisce del funzionamento microscopico dell'universo; come questa conoscenza sia stata costruita nel tempo dalla comunità scientifica; e quali siano i punti ancora oscuri sui quali i fisici delle particelle di oggi cercano di gettare luce. Con Marco Delmastro scendiamo sottoterra a visitare il celeberrimo acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra e i grandi rivelatori che misurano giorno e notte le proprietà delle particelle elementari. Beviamo caffè ai tavolini del ristorante del laboratorio, osservando scienziati provenienti da tutto il mondo collaborare al più vasto esperimento scientifico della storia. Ci infiliamo nella gremitissima sala conferenze, per assistere in prima fila all'annuncio della scoperta del bosone di Higgs. È però con i mattoncini e le biglie della Pulce che le ricerche e le scoperte acquistano senso e diventano accessibili a tutti. Anche a una bambina di cinque anni.

"Ci sono frontiere, dove stiamo imparando, e brucia il nostro desiderio di sapere. Sono nelle profondità più minute del tessuto dello spazio, nelle origini del cosmo, nella natura del tempo, nel fato dei buchi neri, e nel funzionamento del nostro stesso pensiero. Qui, sul bordo di quello che sappiamo, a contatto con l'oceano di quanto non sappiamo, brillano il mistero del mondo, la bellezza del mondo, e ci lasciano senza fiato". Tale è il presupposto di queste "brevi lezioni", che ci guidano, con ammirevole trasparenza, attraverso alcune tappe inevitabili della rivoluzione che ha scosso la fisica nel secolo XX e la scuote tuttora: a partire dalla teoria della relatività generale di Einstein e della meccanica quantistica fino alle questioni aperte sulla architettura del cosmo, sulle particelle elementari, sulla gravità quantistica, sulla natura del tempo e della mente.

Nell'estate 2012 l'annuncio della scoperta del "bosone di Higgs" ha fatto conoscere a tutti il CERN di Ginevra e il suo grande anello sotterraneo LHC, la macchina più gigantesca mai costruita dall'umanità. Ma perché i fisici costruiscono acceleratori di particelle sempre più potenti? Che cosa vogliono scoprire? E quegli acceleratori servono soltanto a produrre conoscenza, o hanno anche qualche applicazione nella vita quotidiana? Un protagonista della ricerca scientifica ripercorre un secolo di progressi, dalla storia curiosa della prima radiografia fino alla speciale particella che oggi spiega perché la materia pesa, e la luce invece no.

La fisica è la disciplina che, applicando il metodo scientifico all'osservazione della natura, ha dato origine alla scienza moderna: è dalla fisica che tutte le altre discipline scientifiche, anche quelle più antiche, hanno mutuato gli strumenti, le tecniche d.indagine e di misura, le leggi di base. È grazie alla fisica che discipline come l'astronomia, la chimica, la geologia e la biologia hanno compiuto enormi passi avanti; ma anche la medicina, l'ingegneria, la filosofia e l'economia devono molto alla "madre" delle discipline scientifiche che, applicata a questi ambiti, ha prodotto nuove specializzazioni e nuove tecnologie. Ma di cosa tratta, in concreto, la fisica? Il libro risponde al quesito facendone una completa panoramica: dalle branche classiche come la meccanica, la termodinamica e l'elettromagnetismo, alle teorie moderne della relatività e della meccanica quantistica. Un viaggio affascinante che trasporta il lettore dall'infinitamente piccolo della fisica delle particelle, all'infinitamente grande della cosmologia.

Nello stato magmatico della fisica novecentesca Albert Einstein è il nucleo solido, la roccia stabilmente configurata che sta al centro. Di qui la sua posizione di "classico", come testimonia al più alto livello questa esposizione della teoria della relatività. Una teoria che ha segnato un vero mutamento di paradigma, non solo in campo scientifico: la potenza teorica dell'equivalenza relativistica massa-energia ha trovato, come sappiamo, la sua tragica verifica a Hiroshima, nel terrificante potenziale distruttivo della bomba atomica. Oggi, a oltre un secolo dalla originaria formulazione einsteiniana, è la comprensione della "relatività della relatività" che vuol essere perseguita. A introdurre il lettore a questa nuova dimensione provvede un'antologia di scritti di quegli autori che fondarono la scienza fisico-matematica classica e ne avviarono l'evoluzione in senso relativistico.

Tra le numerose leggi della natura scoperte dalla scienza, quattro in particolare guidano e condizionano tutto ciò che avviene nell'universo: sono le leggi della termodinamica, potenti quanto eleganti. Su tutte campeggia il celebre "secondo principio", la legge che spiega perché una fiamma ci riscalda, ma anche perché il nostro cervello riesce a formulare pensieri. Di più, il secondo principio rende conto del perché accada qualcosa, anziché nulla. Ed è la legge che svela addirittura il destino ultimo di tutto ciò che esiste ed esisterà nel cosmo.