Fisica

La fisica quantistica è probabilmente la più profonda rivoluzione della scienza e del pensiero moderni. Frutto di uno sforzo corale permeato di umanità, ci ha costretto ad abbandonare solide certezze tanto da farsi rinnegare da alcuni tra coloro che l’avevano pensata. La quantistica ci ha permesso di superare i limiti della fisica classica nello spiegare l’infinitamente piccolo e ha schiuso una finestra su un panorama di conoscenze che dà brividi ed emozioni, conducendoci al cuore del mondo. Questo libro non ha la pretesa di trasformare lettrici e lettori in donne e uomini di scienza (fosse così facile!) ma permetterà di stupirsi e godere della meraviglia di una tra le più affascinanti conquiste dell’intelletto umano, attraverso cinque idee fondamentali che sono alla base della rivoluzione dei quanti: discontinuità, identità, futuro, indeterminazione, relazione. Cinque idee intrise di umanità, perché poche branche della fisica sono riuscite a coinvolgere tanti aspetti del nostro vivere in una delle costruzioni più geniali dell’intelletto. In cinque atti unici, alla portata di tutti e di tutte, scopriremo i capisaldi dell’architettura quantistica, che danno forma a tante applicazioni che hanno cambiato e cambieranno il mondo e miglioreranno l’ambiente, dal laser alla medicina, dai computer quantistici alle celle solari.

L'universo è una fonte di ispirazione unica e al tempo stesso un ambito di studio che interroga da sempre l'umanità. Un incontro unico tra scienza e arte prende vita in questo libro per parole e immagini: un viaggio nel quale ci conducono il premio Nobel Kip Thorne e l'artista Lia Halloran. Il lato curvo dell'universo è un libro ricchissimo di spunti sulle meraviglie del cosmo: dai buchi neri in collisione alle onde gravitazionali fino ai vortici di spazio in rapida torsione. Le illustrazioni evocative ci trasportano in uno spazio fantastico, mentre la narrazione sicura di Thorne ci consente di comprendere le scoperte di Stephen Hawking e di altri astrofisici. Partendo da semplici domande come (“Com'è nato l'universo?”, “Si può viaggiare all'indietro nel tempo?”) Halloran e Thorne affrontano concetti come lo spazio e il tempo per regalarci una fantasmagorica odissea dalla quale si riemerge trasognati e più ricchi. Un accesso privilegiato alla comprensione dell'astrofisica.

Pubblicato in inglese alla vigilia della Seconda guerra mondiale e subito proposto in traduzione, L'evoluzione della fisica dovette aspettare la fine del conflitto per vedere la sua pubblicazione in Italia. Da allora (1948) questo testo non ha più smesso di rappresentare un punto di riferimento obbligato per il concetto stesso di divulgazione scientifica e per la fisica in particolare. Scritto dai protagonisti assoluti della rivoluzione relativistica e quantistica, ma destinato a un pubblico di non specialisti, il libro che avete tra le mani è il testo fondativo della moderna divulgazione delle idee, la pietra di paragone di ogni altro libro di fisica, che permette di intuire la straordinaria importanza e il valore rivoluzionario della svolta della fisica del Novecento.

Nel 1905 Albert Einstein sottopose agli «Annalen der Physik» tre articoli. Il primo, che prendeva in esame l'effetto fotoelettrico servendosi della Teoria dei quanti di Max Planck, chiarì la natura della luce e gli valse il premio Nobel. Il secondo affrontava il comportamento di piccole particelle in sospensione e fornì la prova dell'esistenza degli atomi. Il terzo, in cui delineava la teoria della relatività ristretta, si rivelò essere uno dei più straordinari scritti scientifici mai apparsi. Molto semplicemente, cambiò il mondo. Dopo aver risolto con la sua Teoria della relatività ristretta alcuni tra i maggiori misteri dell'universo, nel novembre del 1915 Einstein presentò all'Accademia Prussiana delle Scienze la teoria della relatività generale, unanimemente giudicata la più alta realizzazione intellettuale di ogni tempo. Divenuto un'icona universale della scienza, Albert Einstein si pose il problema di divulgare i suoi risultati. È così che, dalla mente di uno degli uomini più geniali che siano mai esistiti, nacque "Relatività. Esposizione divulgativa, poi continuamente ritoccato in vita dal suo autore, e continuamente" ripubblicato, tradotto e studiato in tutto il mondo.

“Sì, siamo polvere, ma, per la precisione, polvere di stelle. Qualcosa di profondo ci unisce agli astri più luminosi.” Di cosa è fatta la sostanza che tiene insieme i nostri corpi? È diversa da quella che compone gli astri? Quando Democrito, tra il V e il IV secolo a.C., disse che siamo composti di atomi, furono in pochi a credergli. Bisognerà aspettare Galileo e Newton, e poi altri quattrocento anni, prima di ricostruire i componenti elementari della materia e scoprire che tutto quello che ci circonda ha caratteristiche davvero particolari, che accomunano le stelle più distanti ai fiori di campo, una supernova esplosa a noi. Le proprietà della materia che noi diamo per scontate sono in realtà il culmine, piuttosto irregolare, di un’evoluzione cominciata quasi quattordici miliardi di anni fa. Con la chiarezza che lo contraddistingue, Guido Tonelli spiega come fanno le particelle elementari a combinarsi in forme stravaganti per costruire stati quantistici correlati, zuppe primordiali di quark e gluoni o massicce stelle di neutroni, ed esplora i limiti della scienza, dove la solidità della materia si rivela nulla più che una comoda illusione. Un viaggio sorprendente nella fisica contemporanea per guardare all’universo, e forse anche a noi stessi, con occhi nuovi.

La Terra orbita intorno al Sole, il Sole orbita intorno al centro della Via Lattea e il centro della nostra galassia, come di tutte le altre, è un buco nero supermassiccio, il fenomeno più strano e incompreso dell'universo. In questo libro, Becky Smethurst, pluripremiata ricercatrice dell'Università di Oxford, ripercorre cinquecento anni di scoperte scientifiche in astronomia e astrofisica accompagnando lettrici e lettori dalle prime osservazioni della Via Lattea e del collasso delle stelle massicce alle prime iconiche fotografie di un buco nero, fino alle ultime ricerche pubblicate in materia. Con umorismo e saggezza, Dr Becky spiega perché i buchi neri non sono veramente "neri", dimostra che sono più simili a cuscini di un divano che a un aspirapolvere e illustra come, oltre l'orizzonte degli eventi, il futuro è una direzione nello spazio piuttosto che nel tempo. Breve storia dei buchi neri è un racconto "cosmico", che risponde alle domande più profonde sul nostro universo e ne descrive i segreti nascosti all'interno dei buchi neri.

Cos’è la materia? Una domanda che ha affascinato e tormentato alcune delle menti più brillanti del XX secolo: Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli e Paul Dirac si sono infatti interrogati, confrontati e spesso scontrati, tra equazioni ed esperimenti, nel tentativo di decifrare l’essenza della realtà fisica. Da questa impresa è nata la meccanica quantistica, una teoria che rivela un universo microscopico governato dalla probabilità. Esito inaccettabile per Einstein, che rifiutò dunque le sue implicazioni filosofiche. A un secolo dalla sua prima formulazione completa, Giuseppe Mussardo ripercorre la storia di questa rivoluzione scientifica attraverso i suoi protagonisti e i suoi luoghi: dai silenziosi college di Cambridge alle scogliere di Helgoland, tra biografie degne di un romanzo d’avventura e lettere infuocate. Un racconto coinvolgente che rende omaggio a una stagione irripetibile della scienza.

È tradizione considerare la fisica la regina delle scienze, ma cos'è che la rende così speciale? Il suo oggetto di studio, ossia le leggi fondamentali della Natura? Il suo stretto legame con la matematica? Oppure il suo metodo basato su rigorose verifiche sperimentali? Per rispondere a questa domanda, dovremo, come Dante, avventurarci in Paradiso. Chi vorrà addentrarsi in queste pagine si troverà a intraprendere un singolare viaggio nell'affascinante universo della fisica, accostandosi nel modo più semplice possibile (ma non semplicistico) ad argomenti via via più avanzati, dalla conservazione dell'energia ai frattali, dal bosone di Higgs alla Relatività einsteiniana. L'autore, che si definisce fisico "non praticante", ha preso a ispirazione per questo percorso un altro e ben più illustre viaggio, ossia l'ascesa verso il Paradiso descritta da Dante nella terza cantica della Commedia, in cui il poeta fa esperienza di gradi sempre crescenti del sublime. In luogo della beatificata Beatrice, simbolo della teologia, qui ad accompagnarci è l'idea della simmetria, una guida costante per gli scienziati che, come una volta solo filosofi e teologi, dedicano la loro opera alla ricerca della verità, senza dimenticare che a distinguere la fisica dalle più antiche forme di riflessione sulla natura e sull'Universo è la verifica sperimentale. Alla scienza, che coltiva il dubbio e l'abbandono delle teorie confutate dai fatti, non sono concesse le certezze del dogma, né la conoscenza perfetta che nel poema dantesco risiede nella contemplazione di Dio.

La fisica è un campo tradizionalmente riservato agli specialisti, e questa situazione deriva principalmente dal modo in cui i fisici tendono a condividere le loro conoscenze con il resto del mondo. Da un lato, la divulgazione spesso non arriva al cuore degli argomenti; dall’altro, studiare fisica vorrebbe dire intraprendere un percorso lungo e spesso frustrante. Questo libro è la dimostrazione che esiste un modo per cogliere l’essenza della disciplina senza dover affrontare anni e anni di studio. Le intuizioni della fisica sul funzionamento dell’universo si presentano spesso sotto forma di equazioni che sembrano incomprensibili. Eppure per Sean Carroll sono proprio queste equazioni che, come poesie, ci consentono di solcare i cieli alla scoperta di paesaggi multidimensionali, deformazioni spaziotemporali e forze sconosciute. Il calcolo infinitesimale, per esempio, è una meraviglia che merita la nostra attenzione non meno di un’opera d’arte. Sulla scia delle leggendarie lezioni di Richard Feynman, questo libro ci introduce a un modo nuovo di vedere, che risuonerà per molti anni a venire.

Se un gelato alla fragola fosse un gelato quantistico, siamo proprio sicuri che saprebbe ancora di fragola? Si può lanciare una moneta e pensare di fare testa o croce in un mondo quantistico? E cosa ci fa un cubo di Rubik sospeso a mezz’aria dentro un laboratorio quantistico? La fisica quantistica viene spesso spiegata attraverso paradossi assurdi, fenomeni controintuitivi perché le sue predizioni possono essere verificate e, quindi, comprese solo in un mondo microscopico misterioso fatto di particelle fondamentali. Tuttavia, noi stessi siamo formati proprio da questi atomi e particelle, quindi quello che davvero c’è da esplorare è il confine tra il mondo macroscopico della fisica classica e quello quantistico. È proprio questo confine, questa sottile linea d’ombra che il divulgatore scientifico Alberto Giannone e il fisico Matteo Fadel hanno deciso di esplorare in Se fosse tutto Quanto. Attraverso una storia assurda e due personaggi strampalati, tra esperimenti futuristici, paradossi in carne e ossa, spiegazioni intuitive, Giannone e Fadel costruiscono una storia ambientata in un laboratorio quantistico, ipotetico sì, ma scientificamente plausibile. Se fosse tutto Quanto riesce, quindi, a raccontare la realtà complessa della meccanica quantistica utilizzando concetti immediati, licenze narrative e iperboli scientifiche, senza appesantirla con tecnicismi o formule inintelligibili. Vi aggirerete in un laboratorio quantistico meraviglioso, districandovi attraverso i tanti aspetti misteriosi e apparentemente incomprensibili della fisica quantistica, che però una volta terminato questo libro non vi sarà mai stata così chiara. Per capirci, grazie a Se fosse tutto Quanto sarà finalmente facile comprendere com’è possibile che il gatto di Schrödinger sia contemporaneamente vivo e (quasi) morto.

È vero, siamo circondati da scienziati influencer, proliferano divulgatori e libri di scienza: era proprio necessario parlare ancora una volta di fisica? Sì! Innanzitutto c’è bisogno di una divulgazione leggera ma insieme rigorosa che restituisca, della materia, una visione globale, completa e coerente. Ma, soprattutto, la fisica, le sue leggi, il suo linguaggio sono, insieme a tutte le scienze, strumento indispensabile per essere cittadini oggi. Questo libro è un viaggio attraverso 5 aree tematiche: la fisica quotidiana, la fisica dei giochi, la fisica dei fisici, la fisica del fantastico e la fisica del clima. Ognuna con 5 mini lezioni, che ci portano dalla comprensione intima delle più elementari grandezze fisiche, attraverso le meraviglie della fisica moderna, sino ad affrontare il problema dell’emergenza climatica.

È possibile ricondurre a un'unità la complessità e la straordinaria varietà del mondo vivente? A rispondere a questa domanda è la biofisica, una nuova ed emergente disciplina che sta rivoluzionando la nostra comprensione della vita sulla Terra e consentendo di mettere a punto tecnologie che, per quanto controverse, si dimostrano utili per la nostra sopravvivenza, quali l'editing genetico, la crescita artificiale degli organi e l'ingegneria degli ecosistemi. Arricchito da decine di disegni originali dell'autore, il volume ci accompagna alla scoperta di questa scienza mostrandoci come ogni forma di vita vegetale e animale, dalla più microscopica alla più grande, venga modellata da soli quattro principi fisici fondamentali e descrivendo le potenzialità delle biotecnologie all'avanguardia e il loro possibile ruolo nel modificare gli esseri viventi in misura più o meno significativa. Un affascinante viaggio che offre sorprendenti prospettive su come le meraviglie della vita possano nascere da un inizio così semplice.