Fisica

La fisica quantistica è la più solida base delle nostre conoscenze. Praticamente tutto ciò che sappiamo sul mondo passa per questa disciplina, e sono tantissime le realizzazioni pratiche che questa scienza ha reso possibili: dal laser ai transistor, dalla risonanza magnetica al telefono cellulare che ognuno di noi ha in tasca. Eppure, per la grande maggioranza delle persone si tratta di una materia totalmente ignota, ritenuta troppo «difficile», «arida» nella sua trattazione matematica, o «astrusa» nei suoi assunti di base. Nel migliore dei casi, un gioco per menti eccentriche, terribilmente complesso, al quale non conviene avvicinarsi, e che comunque nulla ha a che fare con la poesia del mondo. E questo è un vero peccato, perché la fisica quantistica è innanzi tutto «bella», almeno quanto la poesia; e sebbene sia in effetti controintuitiva in maniera sconcertante (come la poesia) e a suo modo complicata, per capirne i segreti non è affatto necessario conoscere la matematica, almeno se a raccontarcela sono il Premio Nobel Leon Lederman e il suo collega Christopher Hill. Il dono della divulgazione di questi due autori, la loro verve stilistica e la loro indubbia competenza, permettono infatti a chiunque legga Fisica quantistica per poeti di capire finalmente a fondo fenomeni reali (eppure in un certo modo fiabeschi), come l'esistenza di particelle che «sanno» dove andare ancor prima di partire o che possono trovarsi in due luoghi contemporaneamente. Un mondo magico e al tempo stesso molto reale, che è appunto quello in cui viviamo.

Jim Al-Khalili è un fisico teorico di grande talento comunicativo. Per lui i paradossi apparentemente insolubili sono un'ottima occasione per spiegare come funziona la scienza. Per questo ne ha scelti nove, tra più e meno noti, e sulla loro traccia ha costruito questo libro, divertente, stimolante, ironico e che ha la capacità di sconcertare con la semplice accumulazione di elementi imprevedibili. Insomma, un libro che non lascia riposare la mente. Si va dal classico paradosso di Achille e la tartaruga (del quale però scopriamo un insospettabile risvolto quantistico) alla più semplice domanda che l'uomo può farsi guardando la volta stellata: perché di notte fa buio? Sembra incredibile, ma dietro a questa domanda apparentemente banale si nasconde una delle più eclatanti scoperte della fisica contemporanea, che era lì, alla portata degli esseri umani fin dalla preistoria, ma che ha trovato una soluzione plausibile solo pochissimo tempo fa. Incontreremo anche l'inquietante diavoletto di Maxwell, il povero gatto di Schrödinger, che è contemporaneamente vivo e morto, lo strano caso degli oggetti che si accorciano viaggiando, quello ancor più strano del tempo che si dilata e si contrae a suo capriccio, per non dire del mistero (paradossale anch'esso, grazie a un'intuizione di Enrico Fermi) della vita extraterrestre. Sono i diabolici paradossi della fisica, che danno da pensare, ma alla fine hanno una soluzione insperata.

Nell'universo newtoniano il presente è determinato dal passato e determina il futuro, e quindi la storia del cosmo è contenuta nel presente. Per superare il paradosso tra leggi elementari reversibili e fenomeni macroscopici irreversibili, occorre passare all'universo termodinamico, nel quale si ha un aumento del disordine (entropia). Tale universo tende alla morte termica e quindi si evolve verso la degradazione. Poiché in effetti l'universo tende a diventare più complesso, deve esistere una doppia tendenza verso l'ordine e verso il disordine. La complessa problematica che si presenta nel nuovo paradigma viene affrontata in questo brillante e profondo saggio di Olivier Costa de Beauregard (1912-2007), già Direttore del Centro Nazionale per le Ricerche francese, alla luce delle più recenti ricerche della cibernetica e della scienza dell'informazione.

Scopritore del principio di esclusione, che gli valse il Premio Nobel, Pauli non solo ha fornito determinanti contributi alla meccanica quantistica, ma si è interrogato, con una profondità ignota ad altri fisici, sull'esistenza di principi presenti universalmente nel processo psichico - principi che ha trovato negli archetipi di Jung. Ma che cosa è in realtà un archetipo? Per Pauli si tratta di immagini fondamentali e primitive che si impongono alla mente in maniera oggettiva e inconscia, e legate ai concerti fisici della scienza comune: da questo legame scaturisce quella unità di psiche e materia che senza alcun dubbio lo legava a Jung.

Erano giovani, pieni di vita e di idee e in pochi anni hanno rivoluzionato la visione del mondo. Si chiamavano Albert Einstein, George Gamow, Paul Dirac, Ettore Majorana, Wolfgang Pauli, Paul Ehrenfest e Erwin Schrödinger. L'autore ci introduce alla meccanica quantistica attraverso le scoperte realizzate da questi geni della scienza nell'età d'oro della fisica, gli anni 20 e 30 del '900. Un'occasione per scoprire la gioia di vivere di George Gamow, il mistero della scomparsa di Majorana a 31 anni, la passione di Dirac per la matematica o il ruolo di padre che Niels Bohr ha affettuosamente avuto per tutti.

A cento anni dalla sua nascita, la teoria einsteiniana della relatività è uno dei linguaggi correnti della fisica contemporanea e un caposaldo della visione scientifica del mondo. Il volume illustra la relatività speciale, dai suoi fondamenti fino alle applicazioni teoriche più importanti, e fornisce un'introduzione alla relatività generale. Nei primi capitoli sono esposte le basi della relatività speciale, per passare poi allo spazio-tempo di Minkowski, alla formulazione covariante della meccanica relativistica, alle applicazioni in fisica nucleare e subnucleare, e all'elettrodinamica, fino a concludere con la teoria classica dei campi e la relatività generale. Il libro è corredato da numerosi complementi e da centocinquanta problemi.

Sembra incredibile che una minima azione su una particella abbia immediatamente effetto sulla particella gemella anche se questa è stata spedita a un universo di distanza. Eppure, questa straordinaria proprietà sembra una caratteristica ineliminabile della teoria della fisica più accreditata e potente di cui oggi disponiamo: la meccanica quantistica. Nota con il termine tecnico di "entanglement", un intreccio tra particelle, costituisce la sfida maggiore per fisici e filosofi da quando Werner Heisenberg cominciò a scandagliare i misteri dell'infinitamente piccolo.

Uno dei massimi interpreti della fisica del Novecento, il premio Nobel Max Born non considerava disdicevole dedicare parte not

La curiosità dell'umanità è stata un potente motore dello sviluppo della conoscenza. Fra le più importanti e durature questioni che si sono sviluppate nei tempi sono quelle che riguardano l'infinitamente piccolo e l'infinitamente grande. Parlate con un bambino e vi chiederà: ma se continuo a tagliare, per esempio, un biscotto, cioè lo taglio in due, poi prendo uno dei due pezzi e lo taglio di nuovo e così via, cosa troverò alla fine (a parte farsi male alle dita)? Dopo che ho tagliato in due per miliardi di volte? Oppure vi chiederà cosa c'è oltre le stelle? Ma dove finisce il tutto? Dove finisce l'Universo? Queste semplici domande hanno arrovellato la mente umana da sempre. In questo libro si ripercorrono in modo semplice le conquiste del pensiero umano nel rispondere alla prima delle due domande, e cioè: cosa si trova andando sempre di più dentro la materia, o, detto in modo un po' più preciso, "qual è la struttura della materia?". Dalla visione dell'atomo che ne avevano gli antichi greci arriviamo ai modelli per le particelle subatomiche che oggi formulano i fisici, il tutto con una grande attenzione alla dimensione sperimentale della disciplina.

Da sempre misuriamo il mondo. Per conoscerlo ed esplorarlo, per viverci, per interagire con i nostri simili. L’umanità misura per conoscere il passato, comprendere il presente, progettare il futuro. Ci sono voluti però millenni perché due rivoluzioni, quella scientifica iniziata con Galileo e quella francese, avviassero il percorso per rendere il sistema di misura condiviso e non più basato su deperibili artefatti umani, ma su elementi invariabili e universali della natura. Un cammino poco noto che è però una delle principali conquiste scientifiche e sociali dell’era moderna. Oggi con solo sette unità di misura fondamentali – metro, secondo, chilogrammo, kelvin, ampere, mole e candela – misuriamo e cerchiamo di comprendere la complessità e le meraviglie della natura, dal microcosmo delle particelle elementari ai confini dell’universo. Queste unità fondamentali sono protagoniste di sette affascinanti racconti che, insieme ai grandi della scienza e a tanti inaspettati personaggi, conducono il lettore in un viaggio alla scoperta della fisica – da Galileo a Einstein, dalla meccanica di Newton alla quantistica – e di come la scienza aiuti a costruire un futuro sostenibile e rispettoso dell’ambiente. Con un finale a sorpresa.

Esiste un tempo dell'esperienza, scandito dalla memoria e dal desiderio. Esiste un tempo delle grandi distanze cosmiche. Ed esiste un tempo dell'infinitamente piccolo. Chrónos è un mistero, e non solo per i fisici. Lo era per i primi uomini e continua a esserlo per noi oggi. Ma da sempre chi comprende le leggi dello scorrere del tempo domina il mondo. Da Newton ad Amleto, da Einstein a Dalí, il tempo è stato protagonista di metamorfosi vertiginose, affascinanti e mostruose. Esiste? Si può fermare? E se ne può invertire il corso? Guido Tonelli ci guida lungo la tortuosa via d'accesso alla comprensione di una realtà molto diversa da come crediamo che sia. In cui il ritmo regolare del nostro tempo, la sua periodicità quasi perfetta, nasce da un insieme intricato e complesso di zone turbolente, fenomeni caotici, immani catastrofi, interi sistemi solari sbriciolati da esplosioni di supernove, galassie devastate da nuclei galattici attivi. Quei mondi lontani sono una sfida alla nostra immaginazione, così come lo sono le particelle elementari, con le loro esistenze effimere e le loro vite eterne. Quando le distanze sono così vaste o guardiamo all'infinitamente piccolo, il concetto di "adesso" e l'idea della simultaneità perdono qualunque consistenza. Il tempo è uno strumento formidabile per sopravvivere nel nostro ambiente, ma ci inganna appena cerchiamo di capire come funziona il mondo al di fuori del nostro piccolo pianeta. E toccare con mano questa impossibilità ci turba profondamente. Ne nasce un viaggio che ci costringe ad abbandonare ogni certezza, e per il quale dovremo fare ricorso alla fantasia non meno che alla ragionevolezza. Un viaggio in cui il mito, l'arte e la filosofia ci soccorreranno dove la mente vacilla.

Forse avevano davvero ragione i Greci, che 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 XII 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 rispondere, ogni giorno schiere di uomini e donne esplorano gli angoli più reconditi della materia, usano i grandi telescopi o i potenti acceleratori di particelle per ricostruire in dettaglio i sottili meccanismi attraverso i quali la meraviglia che ci circonda ha acquistato caratteristiche che ci sono così familiari, per cercare di capire quella strana singolarità che ha dato origine all'universo e raccogliere indizi sulla sua fine. Dunque possiamo dirci che gli acceleratori di particelle oggi, come il racconto dei Greci ieri, stanno cercando di rispondere alla più antica tra tutte le domande? E allora si vede 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, "consentire a tutti di fare proprio il grande racconto delle origini che la scienza moderna ci consegna, per capire le nostre radici più profonde e trovarvi spunti con i quali affrontare il futuro".