Fisica

Quando ammiriamo il cielo stellato ci immaginiamo un universo calmo e tranquillo. Ma il cosmo ha anche un lato dinamico e violento, fatto di esplosioni catastrofiche e buchi neri che possono inghiottire stelle e pianeti. Tutto ciò lo abbiamo imparato seguendo le tracce di alcuni “messaggeri”: la luce proveniente dai corpi celesti; i neutrini che sfrecciano nello spazio come proiettili e “piovono” continuamente sulla Terra; i tenui sussulti delle onde gravitazionali, che testimoniano colossali scontri cosmici capaci di far vibrare la trama dello spaziotempo. Il libro racconta in modo semplice e chiaro le principali scoperte dell’astrofisica multimessaggera, una nuova frontiera per vedere e “ascoltare” i segreti dell’universo.

Tutto ha inizio con Galileo, secondo il quale «l'universo è scritto in lingua matematica». Una rivoluzione. Tre secoli dopo, nel 1960, il premio Nobel Eugene Wigner fa un ulteriore passo avanti, interrogandosi sull'«irragionevole efficacia della matematica»: se la matematica è lo studio formale di concetti puramente astratti, indipendenti dal pensiero umano, com'è possibile che sia tanto accurata - addirittura perfetta - nel descrivere il mondo reale, che è fatto di oggetti materiali? È qui che entrano in scena Max Tegmark e questo incredibile libro. Se l'ipotesi di una realtà esterna a noi è vera, allora la «teoria del tutto» - la descrizione completa della realtà - deve essere indipendente dal nostro pensiero (visto che noi della realtà facciamo parte), e l'unica cosa completamente svincolata dal pensiero umano è, appunto, la matematica. Dunque, per Tegmark il mondo reale coincide con la matematica, non è solo descritto dalla matematica, ma è matematica. Con questa idea travolgente, discussa da tempo tra gli specialisti e ora finalmente fissata sulle pagine di questo libro per tutti, Max Tegmark ci conduce attraverso il passato, il presente e il futuro, dall'infinitamente grande all'infinitamente piccolo. Attraverso la fisica, l'astronomia e la matematica ci introduce con una prosa lucida e originale alla sua teoria del «multiverso definitivo».

"La fisica può essere bella ed entusiasmante, e pervade in ogni istante il mondo attorno a noi; dobbiamo solo imparare a vederla". Grande divulgatore e web star del MIT, Lewin ci guida alla scoperta degli aspetti più affascinanti della fisica e del mondo che ci circonda. Con l'aiuto di esperimenti e indimenticabili dimostrazioni pratiche, in un susseguirsi di pagine tanto interessanti quanto divertenti, ci farà assaporare la bellezza e l'armonia dei princìpi che descrivono la natura. Perché riusciamo a bere con una cannuccia? Qual era il suono del Big Bang? Cos'è il magnetismo? Perché dopo un fulmine l'aria ha un odore così particolare? Cosa sono i raggi X? Cosa c'è alla fine dell'arcobaleno? Rispondendo a queste e a molte altre domande, Lewin ci mostra che amare la fisica è possibile e ci offre un dono di valore inestimabile: ci insegna ad ampliare i nostri orizzonti e a guardare il mondo con gli occhi di uno scienziato. E il mondo non sarà mai più lo stesso.

Come può un magnete generare elettricità? Che cos'è l'antimateria? È possibile, teoricamente, viaggiare nel tempo? Da Pitagora e le sue osservazioni sulla musica, passando per gli esperimenti di Galileo, arrivando agli studi sul Big Bang e sui buchi neri, la fisica è la scienza che studia e descrive come funzionano il mondo e l'universo. Con uno stile immediato e una grafica intuitiva, questo libro esplora le storie, le teorie e le scoperte fondamentali che nei secoli hanno portato l'uomo ad ampliare la conoscenza di quello che lo circonda. Citazioni memorabili, illustrazioni e diagrammi rendono semplici anche le teorie più complesse. Che tu sia uno studente avido di conoscenze o un appassionato, troverai fra queste pagine moltissime informazioni e spunti di riflessione.

I buchi neri sono i più famosi eppure meno conosciuti oggetti dell'universo, così estremi e potenti da sfidare l'intelligenza umana, superare i confini della ricerca scientifica e nutrire l'immaginario della cultura popolare, della letteratura, del cinema e della musica. Lo stesso Albert Einstein, la cui teoria della relatività ne postulava l'esistenza, li guardava con grande sospetto. Chris lmpey accompagna il lettore in un viaggio sorprendente alla scoperta di questi enigmatici "predatori cosmici": ne svela la complessa matematica, racconta la storia degli scienziati che li hanno scoperti e studiati e illustra i bizzarri fenomeni fisici che si accompagnano alla loro presenza. Le vicende di Einstein, Stephen Hawking e John Wheeler si intrecciano così alla descrizione di ammassi di stelle che sciamano come api attorno ai centri galattici, dello scontro di due buchi neri che genera onde nello spazio-tempo e delle lenti gravitazionali. "I mostri di Einstein" affronta uno degli argomenti più stupefacenti dell'astrofisica, in grado di spingere le nostre teorie scientifiche fino al loro limite.

Nel tempo e nello spazio, il cosmo è sorprendentemente vasto, eppure è governato da leggi matematiche semplici, eleganti e universali. All'interno della linea temporale cosmica, la nostra era risplende ma è effimera. Un giorno, lo sappiamo, il genere umano scomparirà. E sappiamo che l'universo farà la stessa fine... Brian Greene accompagna i lettori in un viaggio mozzafiato dal Big Bang alla fine del tempo e ci invita a riflettere su cosa significhi l'inimmaginabile vastità che ci circonda. Ci mostra come, a partire dal suo ordinato stato originario, l'universo si sia inesorabilmente spostato verso il caos e tuttavia si siano contemporaneamente formati i pianeti, le stelle e le galassie: isole in un mare di disordine. I meccanismi biochimici, di mutazione e selezione, la vita animata, i neuroni, i dati della realtà e il pensiero si sono evoluti in una coscienza complessa, che a sua volta ha dato origine alle culture, ai miti, alla creatività artistica, alla scienza e a un'incessante ricerca di verità ed eternità. Nel più profondo futuro, la natura dell'universo minaccerà l'esistenza della materia stessa. Attraverso una serie di storie concatenate che spiegano i diversi strati intrecciati della realtà, dalla meccanica quantistica alla coscienza e ai buchi neri, Greene chiarisce la nostra origine, e ci offre un nitido quadro di dove ci troviamo in questo momento e qualche certezza in più su dove siamo diretti. Una prospettiva completamente nuova sul nostro posto nell'universo e su cosa significhi essere umani. «Nelle pagine che seguono, percorreremo la cronologia dell'universo, esplorando i principî fisici che producono strutture ordinate dalle stelle e dalle galassie alla vita e alla coscienza, in un universo destinato al decadimento. Prenderemo in considerazione argomenti che stabiliscono che, come gli esseri umani hanno una vita di durata limitata, così è anche per gli stessi fenomeni della vita e della mente nell'universo. In effetti, a un certo punto probabilmente nessun tipo di materia organizzata sarà più possibile. Esamineremo il modo in cui esseri autoriflessivi lottano con la tensione implicata dalla consapevolezza di questi fatti. Noi emergiamo da leggi che, per quanto ne sappiamo, sono eterne e tuttavia esistiamo per un tempo brevissimo. Siamo guidati da leggi che operano senza riguardo per la destinazione e tuttavia ci domandiamo costantemente dove siamo diretti. Siamo plasmati da leggi che non sembrano richiedere una motivazione di fondo e tuttavia siamo continuamente alla ricerca di significato e di scopo. In breve, esamineremo l'universo dall'inizio del tempo a qualcosa di simile alla sua fine e nel corso di questo viaggio esploreremo i modi straordinari in cui menti inquiete e inventive hanno reagito alla fondamentale transitorietà di ogni cosa e l'hanno illuminata».

L'equazione più famosa del mondo, spiegata da due scienziati di grande livello nel modo più accessibile, piacevole e istruttivo. Brian Cox e Jeff Forshaw si spingono alla frontiera della scienza del XXI secolo per riflettere sul vero significato della sequenza di termini matematici che creano l'equazionesimbolo di Einstein, E=mc². Spiegando i termini uno per uno, si chiedono: cos'è l'energia? Cos'è la massa? Cosa c'entra con energia e massa la velocità della luce? Per rispondere, ci portano fino a un esperimento tra i più grandi mai esistiti: l'acceleratore di particelle noto con il nome di Large Hadron Collider, che si snoda per 27 km nel sottosuolo di Ginevra, a cavallo del confine tra Francia e Svizzera. Usando questa macchina gigantesca – in grado di ricreare le condizioni dell'universo poche frazioni di secondo dopo il Big Bang – Cox e Forshaw descrivono la teoria contemporanea sull'origine della massa. Insieme a energia e massa, la terza componente dell'equazione è "c" – la velocità della luce – probabilmente la più affascinante. Perché la velocità della luce permette la conversione tra energia e massa? La risposta è davvero il cuore della questione: gli autori mostrano che per comprendere realmente E=mc² si deve prima capire perché si possa viaggiare nel futuro ma non nel passato e come si muovano i corpi del nostro mondo tridimensionale in uno spaziotempo a quattro dimensioni. In altre parole, si deve capire come è fatta la struttura fondamentale e profonda del nostro mondo.

Il tempo non rappresenta solo uno dei grandi problemi aperti della fisica contemporanea, ma una possibile chiave per la comprensione della natura stessa della realtà. Oggi le più grandi menti della scienza sono impegnate a risolvere il problema del tempo, attraverso le teorie della cosmologia quantistica, i misteri dei buchi neri, i wormhole e gli esperimenti mentali sui viaggi nel tempo, l’enigma del Big Bang e dell’origine dell’entropia. Questo libro è un viaggio alle frontiere della ricerca sulla natura del tempo in compagnia di Marcel Proust e Albert Einstein, Henri Bergson e John Wheeler, Carlo Rovelli, Newton e Leibniz, alla ricerca del tempo perduto.

Per millenni l'universo è stato sinonimo della volta stellata che ci sovrasta e noi ne eravamo il centro. Con la modernità si sono sviluppate nuove idee, sono state intraprese molte strade e si è iniziato un cammino di osservazioni e mappature del cosmo, sempre più precise, che ha mutato la nostra comprensione del mondo. Con "L'esplorazione dell'universo", scritto da una protagonista assoluta della mappatura del cosmo, possiamo seguire le più importanti e affascinanti scoperte dell'astrofisica contemporanea. L'universo che conosciamo oggi non sta più fermo: è in accelerazione costante, contiene immensi buchi neri, riverbera di un'eco dell'esplosione che lo originò oltre 13 miliardi di anni fa, e forse è solo uno degli infiniti possibili universi. A complicare il quadro vi è la scoperta del fatto che ciò che vediamo rappresenta un misero 4% di tutto ciò che c'è, mentre il 96% restante è costituito di materia ed energia oscura, di cui sappiamo pochissimo Infine, abbiamo scoperto ormai centinaia di esopianeti, Terre orbitanti attorno a Soli lontani che potrebbero un giorno far svanire la nostra convinzione di essere soli nel cosmo. Solo la scienza, con tutta la sua provvisorietà e la sua incompletezza, ha potuto darci un quadro tanto grandioso.

Perché una mela cade dall'albero anziché galleggiare nello spazio? Be', è merito - o colpa - della gravità, lo sappiamo tutti. A scuola ci hanno insegnato che è questa forza a tenerci agganciati alla superficie del nostro pianeta, mentre lui ruota su se stesso e intorno al Sole. Ma il nostro corpo la conosceva ben prima che la incontrassimo sui libri di testo: appena venuti al mondo sapevamo già reagire ai suoi stimoli, e di lì a qualche anno abbiamo imparato a gestirla senza nemmeno pensare, magari mentre... corriamo giù per le scale. A noi sembra un traguardo da nulla, ma per i robot è ancora un problema quasi insormontabile. Insomma, il nostro rapporto con la gravità dura letteralmente da una vita, ed è anche l'unica interazione fondamentale della fisica di cui siamo coscienti. Tanto da sognare di liberarcene. Eppure, quanto la conosciamo davvero? Sappiamo cosa sia lo spazio-tempo, in cosa consista la sua curvatura e come si produca? Siamo pronti ad accettare che il tempo possa accelerare o rallentare a seconda del posto in cui ci troviamo? Sappiamo cosa sono le onde gravitazionali, o come funziona un buco nero? L'astrofisico italiano che ha realizzato per primo, assieme ai colleghi del progetto Event Horizon Telescope, delle immagini fotografiche di un buco nero supermassiccio ci invita a un viaggio per trovare risposta a tutte queste domande, e a molte altre. Ad esempio: com'è possibile fotografare un buco nero se per definizione cattura tutta la luce che lo colpisce? Con piglio divertito ed enorme passione, Luciano Rezzolla è pronto a guidarci alla scoperta dei più profondi misteri del cosmo. Senza mai banalizzare le complessità dell'astrofisica, ma pronto a illuminarle per noi attraverso analogie immediate e fulminanti, ci condurrà passo dopo passo a scoprire la verità su un fenomeno che, prima ancora di attrarre i nostri corpi, attira da sempre la nostra curiosità.

Pur mantenendo l'organizzazione delle passate edizioni ossia la scelta di alternare capitoli che riportano i concetti fondamentali della fisica a capitoli dedicati interamente alle applicazioni di tali concetti in campo biomedico, la quarta edizione del testo è stata rivisitata in chiave moderna e leggera: molti Paragrafi, Esempi e Note sono ora consultabili in formato digitale negli ulteriori approfondimenti in ebook.

Questo testo nasce con l'obiettivo di formare le basi' fisico-matematiche della termodinamica e' della trasmissione del calore avendo in mente come' traguardo finale una delle loro principali applicazioni, la progettazione di impianti termotecnici. Pertanto, la trattazione si sviluppa sul piano teorico nelle prime due parti, di termodinamica e trasmissione del calore, per poi dedicarsi, nella terza parte, ad argomenti introduttivi di carattere applicativo in ambito termotecnico. Vengono così definiti componenti e schemi elementari di impianti, in un contesto omogeneo e coerente a quello teorico. In particolare, la prima parte espone la termodinamica in via deduttiva, mentre la parte di trasmissione del calore tende ad educare alla formalizzazione di problemi termici e ad affrontarne la soluzione, anche in via approssimata, con metodi diversi. Con riferimento alla terza parte, il testo non vuole e non può essere un manuale, ma si propone di guidare per mano il futuro ingegnere verso un corretto approccio agli impianti in naturale applicazione delle nozioni teoriche apprese.