Fisica

Che riflettano sull’esistenza dei buchi neri o prospettino nuove scoperte al CERN, i fisici sono convinti che le migliori teorie debbano essere belle, naturali ed eleganti. Sfortunatamente, sostiene Sabine Hossenfelder, tali requisiti sono anche il motivo per cui non c’è stato alcun progresso significativo in fisica teorica negli ultimi quarant’anni. Guidati da criteri estetici, i fisici hanno architettato nuove sbalorditive teorie, ma le osservazioni non sono state in grado di dare supporto a queste idee e, in realtà, molte di esse non sono neanche sperimentalmente accessibili. E queste teorie, “troppo belle per non essere vere”, hanno condotto l’intero campo di ricerche in un vicolo cieco. Per uscire da questa trappola, i fisici devono ripensare il modo in cui costruiscono le loro teorie. "Sedotti dalla matematica" ci ricorda che solo accettando il disordine e la complessità gli scienziati possono scoprire la verità sul nostro universo. Prefazione di Carlo Rovelli.

Tutta la nostra storia è il racconto di un viaggio. Dalla caverna al bosco, oltre le montagne impervie, dentro il terrore degli abissi marini, sempre alla ricerca di qualcosa di nuovo da scoprire. Fino a quando anche la Terra ha iniziato a starci stretta, e abbiamo rivolto il nostro sguardo sognante lassù, verso il cielo. Ancora più su, mai sazi di conoscenza: l'immenso cosmo, l'irraggiungibile spazio extragalattico. Ma come arrivarci, lassù? Come diventare esploratori dello spazio, turisti dell'infinito? Antonio Ereditato ci imbarca in questa traversata affidandosi alle possibilità della fisica. Ci guida nella costruzione di una caravella spaziale, assembla un equipaggio capitanato da un'intelligenza artificiale, mette in valigia la relatività einsteiniana, l'antimateria, le leggi fondamentali e gli esperimenti realizzati con gli acceleratori di particelle, scrivendo un libretto d'istruzioni comprensibile a tutti. Poi si parte: tappa dopo tappa, sull'imperscrutabile Luna, tra le stelle che illuminano i nostri sogni, a due passi dal Sole, sulla soglia perigliosa di un buco nero, oltre i confini del Sistema Solare, ai margini impossibili dell'universo. A tu per tu con il mostro cosmico Sagittario A* - il Re della Galassia -, nel mezzo dello sconosciuto nulla, tra Andromeda e la Via Lattea, affacciati al finestrino della nostra navicella per ammirare per la prima volta ciò che non avremmo mai immaginato di vedere. Per fare infine ritorno sulla Terra quarantasette anni dopo, quando però, sul nostro pianeta, saranno trascorsi ben ventimila secoli. Cosa troveremo? Sarà la fine? No, forse solo l'inizio di una nuova, inaspettata avventura.

Il bosone di Higgs, star delle particelle fondamentali, ha catapultato il CERN sotto i riflettori mondiali. Ma che cos'è, perché è importante il CERN? Alla fine degli anni Quaranta una manciata di visionari stava lavorando per guidare l'Europa verso un futuro di pace attraverso la scienza, e il CERN, il laboratorio europeo di fisica delle particelle, nacque a questo scopo. James Gillies racconta la storia avvincente della fisica delle particelle dalla Grecia antica fino al CERN stesso e alla vicenda del bosone di Higgs, una delle più ambiziose imprese scientifiche del nostro tempo.

Quando abbiamo in mano un oggetto, per esempio questo libro, ne sperimentiamo in primo luogo la consistenza materiale, ovvero il fatto che possegga una «massa». In apparenza, niente di più stabile e rassicurante. Eppure, se potessimo scendere via via nelle profondità della materia (le fibre di cellulosa che compongono la carta, le molecole della cellulosa, gli atomi di ogni molecola...), ci accorgeremmo di come quella stabilità sia ingannevole. Le «particelle elementari» che compongono ogni atomo, infatti, non solo fluttuano nello «spazio vuoto», ma appaiono come uno «zoo» in cui ogni specie manifesta proprietà – almeno a un primo sguardo – «del tutto assurde». Nello spiegare questa visione controintuitiva e paradossale, Jim Baggott da un lato risale alle varie concezioni della «massa» nella storia della ricerca filosofico-scientifica, dai pensatori greci alla meccanica newtoniana; dall'altro mette a fuoco le conseguenze profonde delle nuove conoscenze fisico-cosmologiche, dalla celebre scoperta di Einstein per cui «la massa di un corpo è la misura del suo contenuto di energia» alle implicazioni del Modello Standard della fisica delle particelle: disponendo queste ultime entro l'azione dei «campi quantistici», il Modello Standard assimila infatti la massa più a un «comportamento» che a una «proprietà», e la rende elusiva e inafferrabile. In questa prospettiva spiazzante – che Baggott trasmette con la consueta combinazione di chiarezza espositiva e verve stilistica – la posta in gioco è molto più del concetto di massa: è la natura stessa della materia, di un universo le cui fondamenta risultano molto meno «solide, certe e affidabili» di quello che abbiamo a lungo pensato.

Il libro, rivolto a studenti dei corsi di laurea triennale in Matematica, Fisica e Ingegneria, illustra gli aspetti fondazionali e alcune applicazioni dei modelli newtoniano, euleriano, lagrangiano e hamiltoniano per la meccanica dei sistemi di punti e corpi rigidi, nonché il modello di Eulero per i fluidi perfetti, fluidi viscosi e sistemi elastici lineari. Il volume ha un duplice obiettivo: in primo luogo, informare lo studente sui linguaggi fondamentali della meccanica classica; in secondo luogo, presentare modelli matematici della realtà fisica, intesi anche come occasione per analizzare la profonda interazione tra matematica e fisica nello studio del mondo reale.

Ogni trattazione didattica solleva dei dubbi circa l'opportunità di scriverla e pubblicarla, visto che in genere ce ne sono molte all'incirca sugli stessi argomenti che la precedono, e se ne produce qualcuna ad ogni passaggio di generazione di docenti e studenti. A questi dubbi si può dare una risposta immediata e definitiva: i libri didattici - pur nella costanza di molte delle nozioni che essi trasmettono, delle descrizioni che forniscono, delle proprietà degli oggetti che essi trattano - invecchiano, come ogni altra cosa al mondo, nella prospettiva, nel taglio, nella logica, nella scelta degli argomenti da trattare e del tono e del dettaglio in cui vanno esposti, che devono dipendere dal momento storico, dagli obiettivi e dalle necessità della società e dei lavori in cui gli studenti dovranno inserirsi. Non c'è quindi nulla di più naturale che a nuove generazioni di studenti e docenti corrispondano nuove generazioni di libri didattici. Per questo è sembrato del tutto naturale produrre un libro che consentisse uno studio agevole e, secondo le inclinazioni e le necessità personali, un approfondimento sufficiente ad acquisire una migliore comprensione degli argomenti svolti in un corso di Meccanica Razionale mirato alle applicazioni. Questo ne è il primo modulo rivolto a un'esposizione che fosse sufficientemente contenuta e sintetica, e nello stesso tempo abbastanza dettagliata ed efficace, degli strumenti matematici fondamentali per un corretto e perspicuo uso del linguaggio matematico nella descrizione dei fenomeni meccanici e nella formulazione e soluzione dei relativi problemi. Il libro è rivolto essenzialmente agli studenti di Ingegneria, ma se ne potranno giovare anche gli studenti dei corsi di laurea in Matematica e Fisica.

Nel novembre 2018 l'astrofisico Federico Nati parte per una missione in Antartide con un team internazionale. La missione è rischiosa e ambiziosa: spedire nella stratosfera un telescopio di tre tonnellate per studiare la nascita delle stelle e le origini del cosmo. Gli scienziati combattono contro le difficoltà del lavoro sperimentale, amplificate dalla ostilità dell'ambiente polare, per portare a compimento l'esperimento su cui hanno scommesso anni di lavoro e carriera. Federico Nati racconta una storia umana e professionale che inizia sulle vette dei vulcani nel deserto di Atacama, in Cile, passa per i più avanzati laboratori degli Stati Uniti, fino ai mesi nel grande bianco antartico.

Si attribuisce a Isaac Newton (ma in realtà è di Bernardo di Chartres) la famosa frase secondo cui possiamo guardare più lontano dei nostri predecessori perché siamo «nani sulle spalle di giganti». Eppure la divulgazione della fisica, pur ricordando la frase, in genere si occupa solo di ciò che è successo dopo, da Newton ai giorni nostri. E certamente in questi quattro secoli, dalla scoperta di Galilei del metodo sperimentale, sono state fatte scoperte scientifiche e invenzioni incredibili a ritmi crescenti. Ma per arrivare a ciò che oggi chiamiamo fisica, nei duemila anni precedenti l’umanità ha fatto passi in avanti così difficili e rivoluzionari, sviluppando gradualmente gli strumenti teorici e tecnici necessari, e ha avuto intuizioni così visionarie, che sicuramente c’era bisogno di un autore che prendesse l’eredità di questi «giganti» e la spiegasse in termini chiari, per svelarne a tutti noi la grandezza. È quello che fa Alessandro Bettini in questo libro, andando direttamente alle fonti originali, dall’antichità greca alle soglie della modernità, permettendoci finalmente di leggere coi nostri occhi i testi di autori che di rado vengono proposti altrove. Provate a spogliarvi di ciò che sapete, a fingere di essere un uomo antico, coperto di pelli, che alza lo sguardo al cielo. Per voi l’universo è un luogo ignoto, probabilmente animato da demoni, di cui si riconoscono appena le regolarità più evidenti: la notte segue sempre il giorno, la primavera segue l’inverno e girano luci sulla volta del cielo, anche se – notano i più attenti – alcune di loro si muovono diversamente da tutte le altre. Come si è potuto da questi pochi e incerti dati arrivare a scoprire (contrariamente a quanto ci direbbero i sensi) che la Terra è tonda? Come si è giunti a determinarne addirittura le dimensioni, a scoprire le distanze tra Terra, Sole e Luna, a predire con precisione i percorsi dei pianeti, a giungere a un modello completo del funzionamento del cosmo? Come si è arrivati al metodo sperimentale e alle prime leggi fondamentali della fisica? "Da Talete a Newton" ci racconta l’epopea della scienza nascente, dai filosofi greci ai dotti ellenisti, dagli arabi curiosi al secolo cruciale di Copernico, Brahe, Kepler e Galilei. Nel corso di questa avventura intellettuale ci sono state scoperte epocali, ma spesso anche false partenze, regressi e vicoli ciechi, fino al raggiungimento della grande sintesi newtoniana, dopo la quale l’uomo ha potuto infine alzare lo sguardo verso il cielo e vedervi non più dei fantasmi, ma ciò che effettivamente contiene, avendo appreso come lavorare per interrogare correttamente la natura e comprenderne almeno alcuni misteri.

In natura esistono quattro forze fondamentali: la forza nucleare debole, la forza nucleare forte, la forza elettromagnetica e la gravità. Le prime due riguardano gli atomi e noi non le percepiamo direttamente; senza di loro non esisteremmo, né esisterebbe l’universo come lo conosciamo, ma noi non ne facciamo esperienza diretta. L’elettromagnetismo lo conosciamo grazie alla luce, ma sappiamo che comprende anche le onde radio, i raggi X e molte altre cose. L’unica forza di cui facciamo tutti esperienza quotidianamente è la gravità: è quella che – come vuole l’aneddoto legato a Newton – ci fa cadere le mele in testa. A. Zee – protagonista della fisica contemporanea e autore di una fortunata serie di manuali che hanno al centro proprio lo studio specialistico della gravità – ci immerge nei misteri di questa forza evanescente, che rifiuta di trovare un suo posto nel quadro generale della teoria fisica per via della sua sproporzionata debolezza. Anche se per i fisici la gravità rimane un rovello, però, è capace di dare anche enormi soddisfazioni: è lei che sta alla base della teoria della relatività generale di Einstein – ulteriormente confermata nel 2016 grazie al rilevamento dell’eco di un’onda gravitazionale emessa dalla fusione di due giganteschi buchi neri collassati a milioni di anni luce dalla Terra. Conciso, intriso del calore e della freschezza di stile di chi domina la materia con disinvoltura e ironia, "Gravità" inizia il suo racconto con la sorprendente scoperta delle onde gravitazionali, presenta l’idea di spaziotempo curvo e il principio d’azione, ed esplora argomenti d’avanguardia, tra cui i buchi neri e la radiazione di Hawking, fino ai misteri della materia e dell’energia oscura. Con questo libro Zee apre un percorso unico per comprendere la relatività e ottenere una visione profonda di questa forza difficilmente classificabile e alla base della comprensione del grandioso universo in cui viviamo.

Asteroidi vaganti, cambiamenti climatici, sovrappopolazione: il nostro pianeta non è sicuro come sembra. In un futuro non troppo lontano l'umanità potrebbe essere costretta ad abbandonarlo e a colonizzare lo spazio, partendo dalla Luna e dal sistema solare per poi spingersi verso le stelle e le galassie, fin oltre i confini dell'universo conosciuto. E anche senza la minaccia di una catastrofe incombente basterà la nostra innata curiosità a spingerci verso nuovi orizzonti: grazie agli sviluppi sempre più rapidi della robotica, della biotecnologia e delle nanotecnologie saremo in grado di fondare città autosufficienti su pianeti distanti anni luce, costruire razzi come l'Enterprise di Star Trek o il Millennium Falcon di Star Wars, a energia nucleare o ad antimateria, utilizzare i buchi neri come scorciatoie per esplorare universi paralleli. Creeremo automi autoreplicanti e intelligenti che svolgeranno per noi i lavori più pesanti e rischiosi, modificheremo la nostra struttura corporea per adattarla ad atmosfere a noi incompatibili e forse, un giorno, potremo fare a meno dei nostri corpi per spostarci nel cosmo sotto forma di pura coscienza, alla velocità della luce, realizzando il sogno più antico della nostra specie: l'immortalità. Tra una partita di football marziano e un ipotetico incontro con alieni ipertecnologici, Michio Kaku accompagna il lettore nel viaggio che porterà l'umanità oltre i confini dello spazio e del tempo, rendendola finalmente una specie multiplanetaria, multigalattica e multidimensionale.

Questo libro è dedicato a tutti coloro che vogliono avvicinarsi in maniera semplice e piacevole al mondo della fisica quantistica, partendo dai fatti storici che hanno cambiato il corso dell’evoluzione della scienza e del pensiero filosofico e che hanno contribuito a creare nuove tecnologie e soprattutto una nuova visione del mondo. Da quando la teoria quantistica ha cominciato a prendere forma è passato più di un secolo e molte cose sono cambiate, sia a livello culturale sia nella quotidianità dove la tecnologia è sempre più presente. Il testo segue uno sviluppo storico ed è accompagnato da varie immagini, da numerosi aneddoti sulle storie personali dei personaggi e contiene un esauriente dizionario scientifico.