Fisica

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.

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.

Le Sintesi Vallardi sono i libri che spiegano le complessità: sono perfette per studiare, ripassare e consultare velocemente dati e nozioni. Qui troverete tutti gli argomenti, i concetti chiave, le formule, i grafici e le tabelle di Meccanica, Termodinamica, Onde, Elettricità e Magnetismo, Relatività e Fisica dei quanti. Arricchisce il testo un quadro riassuntivo di costanti, grandezze e simboli.

"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.

Come fa Superman, con un solo balzo, ad arrivare sul tetto di un edificio di trenta piani? Cosa dice, dell'eroe dei fumetti, questo salto di 200 metri? Quasi tutto. Basta applicare le leggi di Newton: per sfidare la gravità, saltando cosi in alto, Superman, se pesa 100 chili, deve avere una velocità iniziale di oltre 200 chilometri l'ora e, dunque, applicare al salto una forza di oltre 25 tonnellate al secondo. Impossibile per un terrestre, ma non per chi è nato su Krypton, che ha una gravità maggiore. Kakalios spazia dalla meccanica quantistica, alla termodinamica, alla relatività, alla fisica dei solidi... altrimenti come spiegare in che modo l'Uomo Invisibile riesce a passare attraverso i muri?

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.

Una scelta di testi "meno facili" operata tra le "Lectures on Physics" di Feynman. Filo conduttore di questo volume è una teoria tanto popolare quanto poco compresa: la teoria della relatività di Einstein. Come disse il fisico Freeman Dyson, che fu suo allievo al Caltech, in Feynman "il pensiero profondo e il fare burlesco e giocoso non erano parti separate di una personalità divisa... egli faceva le due cose contemporaneamente". Seguire una di queste lezioni richiede una costante attenzione ai trabocchetti che il fisico tende di continuo, avvalendosi di uno stile dialogico degno di un filosofo antico. In Feynman nessun concetto è così ovvio o elementare da non meritare un supplemento di indagine, un'analisi più attenta.

Queste sono le prime lezioni di Feynman - saranno seguite da "Sei pezzi meno facili" - e partono da zero. Si dice di cos'è fatta la materia, atomi in moto, che sotto la materia c'è dell'altro, il mondo quantistico e i suoi paradossi. L'autore riesce a dare il senso dell'evolversi della fisica nel secolo appena trascorso, mettendone in luce il legame con le altre scienze. Ad ogni lettura cade una buccia della magica cipolla e si apre un nuovo affascinante scenario.

Il suono è stato oggetto di studio fin da tempi antichissimi, uno tra i primi elementi in natura a cui l’umanità ha rivolto la propria attenzione nel tentativo di carpirne i segreti. Da Pitagora a Galileo, da Athanasius Kircher a Isaac Newton, le menti più brillanti della storia si sono cimentate con i misteri del suono, talvolta avanzando ipotesi fantasiose, ma sempre spingendo avanti, poco per volta, la nostra conoscenza del mondo sonoro. Che cos’è dunque il suono? Da dove nasce il suo legame con la matematica, su cui si regge tutta la musica occidentale? Perché le note musicali sono sette e cosa c’è di arbitrario nella loro scelta? Come si spiega che tutti gli strumenti melodici ricorrano sempre e solo a due meccanismi fondamentali? E quanto ancora ignoriamo del funzionamento dell’udito, un sistema così sofisticato che nessun algoritmo riesce a replicarne le prestazioni? Com’è cambiato, infine, il nostro rapporto col suono grazie alle tecnologie sviluppate in poco più di un secolo, dall’elettricità ai computer, passando per i sintetizzatori, i CD e gli MP3? Questo libro, appassionato e rigoroso, ci racconta la travolgente storia del suono, in cui scienza e musica si intrecciano senza soluzione di continuità, toccando spesso anche ambiti inaspettati, ma tutti influenzati, in un modo o nell’altro, dalle scoperte sulla natura del suono: dall’astronomia alla medicina, dalla tecnologia alla fisiologia, fino all’arte della guerra e all’architettura.

La tesi ripercorre l'evoluzione storica e teorica del programma DarkSide, nato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, che utilizza camere a proiezione temporale riempite con argon liquido ultrapuro per rivelare eventi rari prodotti da possibili interazioni di particelle di materia oscura con la materia ordinaria. Dopo i risultati di DarkSide-50, che hanno dimostrato la validità della tecnologia e dei metodi di discriminazione tra segnali e fondo, il progetto DarkSide-20k rappresenta un passo cruciale, proponendo un rivelatore di nuova generazione capace di esplorare regioni di sensibilità mai raggiunte prima. L'obiettivo finale dell'esperimento è spingersi fino al cosiddetto neutrino floor, la frontiera oltre la quale i segnali di materia oscura diventano indistinguibili da quelli dovuti ai neutrini solari e atmosferici. Riuscire a operare in questa regione di sensibilità significherebbe non solo migliorare la probabilità di una rivelazione diretta, ma anche contribuire in maniera decisiva alla comprensione della struttura e dell'evoluzione dell'universo, aprendo la strada a nuove prospettive nella fisica fondamentale e a una possibile unificazione tra cosmologia e fisica delle particelle.

«Ah, io di fisica non ci ho mai capito…» è una frase che molti hanno pronunciato almeno una volta. La fisica è spesso percepita come un linguaggio per pochi eletti, fatto di simboli incomprensibili e verità segrete. Eppure questo libro vuole dimostrare che dietro a ogni concetto si nasconde una storia che riguarda tutti noi. In queste pagine il lettore segue un percorso che non ha paura di mostrare le incertezze: proprio da esse nasce la possibilità di avvicinarsi alla scienza in modo più umano e autentico. Con ironia e chiarezza, l'autore invita a guardare oltre l'aspetto tecnico per riscoprire la fisica come avventura intellettuale e culturale, accessibile a chiunque abbia voglia di lasciarsi incuriosire. Perché capire significa soprattutto allenare la fantasia e la parola.

Il presente volume riguarda lo studio del moto di sistemi composti da corpi puntiformi e corpi estesi rigidi, eventualmente soggetti a vincoli. Vengono descritte idee e risultati della Meccanica Classica con la formulazione newtoniana e quella lagrangiana. Questo volume è pensato come libro di testo per un corso semestrale delle Lauree triennali in Matematica, Fisica e Ingegneria. Vengono presentati vari esempi e proposti esercizi la cui soluzione si trova nell'ultimo capitolo. Il libro è frutto della lunga esperienza didattica dell'autore per il corso di Meccanica Razionale nei Corsi di Studio in Matematica e in Ingegneria Aerospaziale all'Università di Pisa.