Fisica

Le ricerche condotte con i grandi acceleratori di particelle, come l'LHC di Ginevra, hanno lo scopo di verificare una concezione del mondo fisico fondata su una delle più importanti e straordinarie idee della scienza contemporanea: l'idea di simmetria. Le simmetrie, princìpi di invarianza delle leggi di natura, stabiliscono – per dirla in modo intuitivo – che «tutto rimane com'è anche se cambiamo qualcosa». È un'affermazione paradossale, che sorprendentemente ha implicazioni scientifiche di enorme portata. Lo si è scoperto nel corso del Novecento, con la teoria della relatività, la meccanica quantistica e la fisica subnucleare, grazie a figure geniali come Albert Einstein, Paul Dirac, Hermann Weyl e molti altri. Oggi sappiamo che le simmetrie organizzano l'intero universo: determinano le entità fondamentali che lo compongono, le loro proprietà e le loro interazioni. Inoltre – ed è molto importante – conferiscono «bellezza» alle teorie fisiche, rendendole semplici e coerenti. Questo è "L'ordine del mondo", un libro che illustra le simmetrie e la loro funzione nella fisica, ripercorrendo un'avventura intellettuale affascinante che, dai primi filosofi-scienziati dell'Antichità fino ai protagonisti della fisica contemporanea, ci ha avvicinato sempre di più alla comprensione della natura.

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.

Un libro sulla scienza moderna che, attraversando le teorie formulate da Newton, Einstein e Planck, è utile per comprendere meglio l’universo, ma anche i concetti di spazio e di tempo. Scritto in modo rigoroso ma comprensibile anche a chi si sta avvicinando per la prima volta a questi temi, “Il mondo della scienza” è un viaggio attraverso tre argomenti cardine: la gravitazione, la relatività e la meccanica quantistica. Dedicato a tutti gli appassionati di scienza, il volume è corredato da immagini e grafici, perfetti per comprendere meglio quanto descritto.

Che cos’è davvero il big bang? Fino a quando brillerà il sole? Qual è l’origine dell’acqua sulla Terra? Come si è formata la Luna? E l’universo è sempre stato un luogo pieno di stelle? In tutti noi il cosmo suscita meraviglia e moltissima curiosità, ed è proprio da queste e altre domande che parte Amedeo Balbi – astrofisico e noto divulgatore scientifico – per provare a spiegare fino a dove arrivano le nostre conoscenze oggi e che cosa dobbiamo ancora scoprire. Negli interventi raccolti in questo libro – originariamente pubblicati sulla rivista “Le Scienze” e appositamente rivisti per l’occasione – Balbi affronta una serie di argomenti fondamentali per l’astrofisica, dall’origine dell’universo alla nascita della vita sulla Terra, dalle esplorazioni su Marte alle leggi che governano la vita e la morte delle stelle e delle galassie. Il risultato è un viaggio appassionante fino alle frontiere dello spazio e del tempo, una traversata tra le più recenti scoperte dell’astrofisica che ci permettono di immergerci nella meraviglia del cosmo.

Quando pensiamo alle materie scientifiche, e alla fisica in particolare, ci vengono in mente calcoli complicatissimi o teoremi incomprensibili da imparare a memoria. Ma, come spesso succede, è tutta una questione di prospettiva. Parlare della materia di cui è innamorata e del perché la trovi così affascinante e la missione di Virginia Benzi che, sui social come Quantum Girl, spiega la fisica in modo chiaro ed efficace. Nel suo primo libro l'autrice ci invita a seguirla in un viaggio dall'infinitamente piccolo all'infinitamente grande e, con un linguaggio alla portata di tutti ma senza perdere l’accuratezza e il rigore scientifico, ci racconta come la fisica può aiutarci a capire la realtà. Scopriremo così cosa si nasconde dietro una semplice e oscura formula matematica, andremo alla scoperta dell’atomo e poi delle particelle elementari; proveremo a capire le affascinanti teorie che ruotano attorno ai concetti di gravità e spazio tempo e partiremo per un’avventura alla ricerca della famigerata Teoria del Tutto; senza dimenticare due capitoli interi dedicati alla tanto chiacchierata meccanica quantistica con le sue contraddizioni e le sue intuizioni geniali. "La scienza delle meraviglie" mostra come tutte le grandi e piccole cose che ci circondano, se raccontate con il linguaggio della fisica, possono diventare affascinanti e incredibili e quanto guardare la realtà da una nuova prospettiva può farci vedere anche il mondo e noi stessi con occhi nuovi e pieni di curiosità.

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.

Dal buio del Big Bang ai colori dell'arcobaleno, dalle radiazioni invisibili che abitano il cosmo fino ai buchi neri: questa Storia della luce è un viaggio nello spazio e nel tempo lungo il cammino che la luce ha fatto dalla sua prima apparizione nell’universo fino a illuminare questo libro. Giulia Fabriani ci conduce fotone dopo fotone in un percorso fatto di onde e raggi X, comete ed eclissi, accompagnata dagli scienziati e dalle scienziate che hanno studiato la natura della luce, e dalle loro intuizioni e scoperte: come quella della CMB, l’ultima eco registrabile del Big Bang, individuata per caso da Arno Penzias e Robert Wilson, che in principio la ritenevano un'interferenza causata da una famiglia di piccioni; o quella delle stelle pulsar fatta dall’astrofisica Jocelyn Bell, che inizialmente le scambiò per un segnale alieno; o, ancora, le osservazioni offerteci dal telescopio spaziale James Webb, capace di catturare ciò che altrimenti ci sarebbe impossibile vedere, come l’infrarosso. Un pellegrinaggio scientifico tra curiosità e questioni di tutti i giorni che sconfina nei territori della storia e della cultura, rivelandoci per esempio che gli antichi egizi facevano coincidere la nascita del mondo con la creazione della luce a opera del dio Atum; o che una delle più antiche eclissi di cui si ha conoscenza è stata fissata in versi nell’Odissea. Con un approccio rigoroso e divulgativo al tempo stesso, Giulia Fabriani ci invita a contemplare con occhi nuovi l’invisibile energia che rende tutto visibile attorno a noi; e a stupirci ancora una volta di come, grazie a quel chiarore, l’ombra non ci abbia ingoiato.

Aerei all'avanguardia che esplodono in volo perché hanno i finestrini quadrati, sofisticati microchip che non sanno fare le divisioni, navi che si spezzano in due nel porto, farmaci che diventano inefficaci, computer che perdono la cognizione del tempo ed esperimenti costosissimi andati in frantumi per un cavo allentato. In questo libro esuberante e ricco di contagiosa ironia, Devis Bellucci raccoglie una lunga sequela di errori e vere e proprie sciocchezze avvenute in ogni campo del sapere umano, dall'ingegneria alla medicina, dall'informatica alla fisica e alla matematica, fino alle criticità che emergono dall'Intelligenza Artificiale. Un viaggio attraverso cantonate imbarazzanti, compiute da persone per altri versi serie e scrupolosissime, tanto da indurre il lettore a chiedersi: «Ma non potevano accorgersene prima?». Il fatto è che spesso questo prima non esisteva, perché i responsabili dell'errore si stavano confrontando con l'insorgere di un problema del tutto nuovo ed erano privi di termini di paragone. L'autore mostra così quali strategie vengono messe in campo per evitare che la scienza inciampi nei lacci delle scarpe: si chiamano peer-review nella ricerca accademica, debugging nel mondo dei software, Trial Controllato Randomizzato in medicina e ridondanza strutturale in ingegneria, uno strumento fondamentale per progettare edifici più sicuri. Bellucci spiega soprattutto il vero punto di forza della scienza: non il metodo sperimentale, che di per sé non basta, bensì la natura corale dell'impresa scientifica, dove il sapere si costruisce attraverso la condivisione delle idee, il confronto serrato, la verifica incrociata delle osservazioni prima di elevarle al rango di scoperta. Perché nessuno fa scienza da solo.

Nell’estate del 1964, un giovane e solitario professore dell’Università di Edimburgo scrive due articoli scientifici che cambieranno la comprensione della natura dell’universo. Peter Higgs ipotizza l’esistenza di una particella elementare – oggi nota come “bosone di Higgs” – senza la quale non ci sarebbero atomi, persone, pianeti o stelle, ma solo particelle irrequiete che attraversano lo spazio in uno splendido isolamento. Per quasi cinquant’anni, alcuni dei più grandi progetti di fisica sperimentale hanno cercato di dimostrarne l’esistenza. «Scommetto 100 dollari che non esiste nessun bosone di Higgs», ha affermato una volta Stephen Hawking. La straordinaria smentita è arrivata nel 2012 dal CERN di Ginevra: la “particella di Dio” esiste. Insignito del Premio Nobel per la Fisica l’anno successivo, al momento dell’annuncio Higgs era introvabile, intento a «bere una pinta di birra artigianale» al porto di Leith per sfuggire al clamore mediatico. Collega e amico di Higgs, oltre che scrittore d’eccezione, Frank Close ripercorre la storia della fisica dell’ultimo secolo e le tappe di un’indagine scientifica senza precedenti che ha definitivamente eliminato l’ipotesi di un vuoto privo di materia. Una narrazione accurata, chiara e avvincente sullo scienziato scozzese la cui immaginazione ha ispirato generazioni di studiosi.

Tutta la teoria, compatta e divisa in argomenti, facile da consultare; Definizioni, proprietà, teoremi, regole operative e grafici notevoli; Tabelle e schemi di sintesi per orientarsi tra le casistiche più articolate.

Quattro «grandi» della fisica moderna parlano a un pubblico di profani, cercando di evitare ogni oscurità tecnica. Con Heisenberg, uno dei fondatori della meccanica quantistica, sono Schrödinger, che ha posto le basi della meccanica ondulatoria, Born, caposcuola della fisica in molteplici campi, e Auger, scopritore in fotoelettronica dell'«effetto Auger». Dalle loro pagine emerge il quadro dei risultati raggiunti nella conoscenza della natura, e degli strumenti teorici che convergono o si fronteggiano nella spiegazione del mondo materiale. Alle relazioni di Heisenberg e di Schrödinger seguono due dibattiti in cui intervengono altri fisici, Rosenfeld e Compton, e studiosi di diverse discipline umanistiche. Le questioni affrontate sono avvincenti: la ricerca fisica, i suoi fondamenti filosofici, la sua storia. Le scoperte in questo campo sono tante e tali che gli scienziati non riescono più a coordinarle in modo da soddisfare quel desiderio di sintesi e di coerenza cui l'uomo non può rinunciare. Scienza e tecnica appaiono in questo libro non come una scelta che può essere messa in discussione, ma come un destino. Gli strumenti di cui dispone l'umanità hanno aperto problemi formidabili che, lungi dall'essere risolti, si ripropongono oggi in tutta la loro drammatica complessità.