Fisica

«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.

«Sottile è il Signore, ma non malevolo». Con questa frase, Einstein commentava nel 1921 alcuni dati (poi rivelatisi errati) che avrebbero potuto mettere in crisi la sua teoria della relatività. Guidato da un marcato senso estetico, oltre che da una logica stringente, il pensiero einsteiniano si opponeva naturalmente a ogni complicazione non necessaria, sempre teso a ricercare la più semplice ed elegante delle spiegazioni al più complesso dei problemi. Dotato di una tenacia fuori dal comune, Einstein visse da solitario nella vita come nella scienza, spesso contro corrente, giungendo così ad alcune delle più eclatanti scoperte del XX secolo. Questa biografia, scritta da un suo allievo e amico, resta a tutt'oggi insostituibile e insuperata per chi voglia ripercorrere il cammino scientifico e umano del grande fisico.

La teoria quantistica dei campi è il modo in cui la fisica moderna descrive la natura al suo livello più profondo. Partendo dalle basi della meccanica quantistica stessa, Sean Carroll analizza il processo di misura e l’entanglement prima di spiegare che il mondo è in realtà costituito da campi. Capirete perché la materia è solida, perché esiste l’antimateria o perché gli atomi hanno determinate dimensioni; imparerete alcune idee fondamentali come spin, simmetria, diagrammi di Feynman e meccanismo di Higgs; e vi sarà finalmente chiaro perché le predizioni della teoria quantistica dei campi sono confermate in modo impressionante. Spingendosi oltre Newton, Einstein e tutte le nozioni intuitive che hanno guidato l’Homo sapiens per millenni, questo libro è un viaggio verso una verità sul nostro universo che fino a poco tempo fa sembrava inimmaginabile. Quello di Sean Carroll è un approccio completamente nuovo, che arriva all’essenza matematica delle teorie fondamentali, spiegando ogni passo in modo semplice e originale.

I misteri più prodigiosi della fisica, un inno alla bellezza dell'universo Muoni, fermioni, quark, neutrini, qualunquoni, quasiparticelle...: tutto uno «zoo subatomico», com'è stato definito, di entità più piccole dell'atomo regge l'intera architettura del cosmo; e proprio il mondo delle particelle – francamente stupefacente – è al cuore della Fisica dell'invisibile, appassionante e originale introduzione alle dimensioni infinitesimali della materia. Con stile limpido e grande abilità divulgativa, Gabriele Battistotti – creatore di Random Physics, fra le più seguite piattaforme in rete di comunicazione scientifica – ci guida qui in un «viaggio allucinante», sorprendente e divertente, alla scoperta dell'infinitamente piccolo, ma anche dell'infinitamente grande: l'esplorazione del microcosmo gli consente di affrontare i temi più avanzati e avvincenti della moderna fisica, dalla materia oscura al concetto di tempo alla gravità quantistica e così via, fino a toccare i confini stessi della conoscenza. La fisica dell'invisibile ci rivela in ultimo la creatività che è alla base della fisica – non semplice registrazione, ma interpretazione, ricostruzione, invenzione rigorosa e ardita assieme di una realtà ben più prodigiosa e imprevedibile di quanto avremmo mai potuto immaginare.

Questo libro ripercorre il programma dell'omonimo corso di "Istituzioni di Fisica Teorica" tenuto dall'autore presso l'Università di Catania da molti anni. Concepito come strumento per lo studio autonomo, il testo non richiede particolari prerequisiti oltre alle normali basi di analisi matematica e fisica generale. In una forma pedagogica ma rigorosa, si introducono i due pilastri della fisica moderna che si sono sviluppati agli inizi del '900: la relatività ristretta e la meccanica quantistica. Il libro è diviso in più volumi per esigenze editoriali, ma va considerato come un unico testo in più parti. L'intero testo è affiancato da numerosi esempi, approfondimenti ed esercizi svolti, utilissimi anche per l'autoapprendimento. La presente prima parte riprende i concetti base di meccanica analitica con particolare enfasi sul ruolo delle simmetrie in fisica. Sono discussi i principi dellarelatività ristretta e vengono derivate le leggi dell' elettromagnetismo classico nel formalismo covariante. Definendo gli "stati fisici" come pacchetti d'onda, si introducono i concetti fondamentali dell' analisi di Fourier che preludono allo studio della meccanica quantistica. A seguire, il formalismo deglispazi di Hilbert, in cui vivono gli stati quantistici, è introdotto a partire dai concetti più elementari. Completa la prima parte una concisa introduzione alla teoria dei gruppi continui e delle rappresentazioni, con particolare riferimento al gruppo delle rotazioni che svolge un ruolo chiave nella definizione del momento angolare in meccanica quantistica. Nella seconda parte, ancora in preparazione, verranno introdotti i fondamenti della meccanica quantistica valorizzando al massimo i dettami del principio di corrispondenza, con particolare riferimento alle trasformazioni canoniche e al limite classico. Verranno studiati i principali problemi analiticamente risolubili, dall'oscillatore armonico all'atomo idrogenoide. Si discuteranno i principali metodi di approssimazione per affrontare problemi più complessi.

Il testo presenta un’ampia raccolta di esercizi di Meccanica Newtoniana, accompagnati da metodi risolutivi chiari e sistematici che aiutano lo studente universitario a sviluppare competenze di analisi fisico-matematica e di modellizzazione, costituendo un utile strumento di supporto allo studio individuale.

La scienza del XX secolo ha modificato per sempre la nostra comprensione della realtà, anche se siamo ben lontani dal poter affermare che questa realtà abbia un senso (forse non accadrà mai). Eppure, è grazie alla meccanica quantistica che il pensiero può dirsi per la prima volta libero di percorrere strade veramente ignote. A coltivare quello shock permanente, fatto di «stupore e vertigine», è Carlo Rovelli che, dalle "Sette brevi lezioni di fisica", con leggerezza si muove fra gli abissi speculativi della relatività quantistica, senza paura di toccarne il fondo – anche perché quel fondo, secondo lui, non esiste. «Elettroni e mente, sassi e leggi, giudizi e galassie non sono di natura essenzialmente diversa gli uni dagli altri. Sono nozioni che si illuminano a vicenda». Di questo continuo gioco di specchi è fatto il mondo, e per comprenderlo in tutta la sua complessità, per vederne la coerenza e «sentire che è la nostra casa», scrive Rovelli, bisogna fare un salto ulteriore e accogliere l’incertezza che è al cuore della conoscenza, quella che porta all’«eguaglianza di tutte le cose». Come il personaggio di un racconto del Zhuangzi – uno dei grandi libri dell’antichità – che dopo aver sognato di essere una farfalla «svolazzante e soddisfatta della sua sorte» non sa più se è stato lui a sognare la farfalla o è la farfalla a sognare lui.

Membro dei ‘ragazzi di via Panisperna’ e principale artefice della rinascita della fisica nella penisola dopo i disastri della Seconda guerra mondiale, Edoardo Amaldi (1908-1989) è una delle figure chiave della scienza italiana nel Novecento. Questa antologia valorizza una parte finora poco indagata della sua produzione: le interviste e gli interventi di taglio divulgativo, apparsi tra la metà degli anni Sessanta e la fine degli anni Ottanta su numerosi quotidiani e periodici italiani. In questi scritti, Amaldi si sofferma su temi di grande rilievo: dal caso Ippolito alla scomparsa di Majorana, dalla memoria del gruppo Fermi alla storia della fisica, dall’equilibrio del terrore al disastro di Chernobyl. Il risultato è un quadro assai vivace e, soprattutto, un esempio straordinario di comunicazione tra scienziati e pubblico.

Nel 1915 Einstein ha rivoluzionato il modo di pensare alla realtà dimostrando che la gravità non è una forza di attrazione tra oggetti massivi, ma l'effetto della curvatura geometrica dello spaziotempo. Per farlo, ha dovuto ricorrere agli studi di molti matematici, tra i quali Marcel Grossmann, che lo introdusse alla comprensione della struttura geometrica su cui si fonda la teoria della relatività. E questo è solo un esempio di come la matematica possa dirigere, e talvolta anche anticipare, le scoperte della fisica: dai buchi neri alle onde gravitazionali, al Big Bang. Ma perché le affermazioni matematiche, derivate esclusivamente dalla logica, forniscono le migliori descrizioni del nostro mondo fisico? Se lo chiedono in questo volume uno dei maggiori matematici viventi e un apprezzatissimo divulgatore scientifico. Raccontando come fisica e matematica si siano unite per darci la teoria della gravità e la vertiginosa gamma di idee e intuizioni che ne sono derivate, mostrano come la matematica non sia soltanto il linguaggio delle scienze, ma l'impronta digitale stessa della natura. E come la sua portata, ugualmente a quella della gravità, si estenda fino ai confini dell'universo.

Il 6 e il 9 agosto 1945 l'inferno atomico si scatenò sulle città giapponesi di Hiroshima e Nagasaki. Quelle terribili esplosioni, che uccisero in un solo accecante momento decine di migliaia di persone, rappresentano per alcuni il «peccato originale» della scienza contemporanea. Il dibattito che si accese subito dopo in tutto il mondo toccò questioni fondamentali, dall'atteggiamento dei fisici durante la guerra, alla responsabilità morale degli scienziati, ai rapporti tra scienza e potere. L'Italia si trovò in prima linea, dal momento che erano stati gli esperimenti di Enrico Fermi e dei «ragazzi di via Panisperna» a produrre inconsapevolmente la prima fissione dell'uranio ed era stato lo stesso Fermi, emigrato negli Stati Uniti dopo il Nobel, a costruire il primo reattore nucleare e a dirigere i lavori scientifici per la realizzazione della bomba. Nel 1975, a trent'anni dall'atomica, uscì il libro "La scomparsa di Majorana" di Leonardo Sciascia, e il dibattito divampò nuovamente sui giornali italiani. Prendendo spunto dalla vicenda del giovane fisico svanito misteriosamente nel nulla nel marzo 1938, Sciascia avanzava l'idea che Ettore Majorana avesse deciso di scomparire avendo presagito la bomba e non volendo macchiarsi di quel delitto. Fermi e gli altri fisici, così solerti nel portare a termine il progetto nucleare, non avevano mostrato, agli occhi dello scrittore siciliano, la stessa integrità. Al libro reagì sulla stampa Edoardo Amaldi, allievo di Fermi e amico di Majorana, dando il via a una polemica infuocata. Per Amaldi, Majorana non avrebbe avuto modo di intuire l'atomica, e l'intera vicenda del Progetto Manhattan era assai più complessa, anche dal punto di vista etico, di quanto lasciavano intendere le pagine della Scomparsa, per quanto pregevoli fossero dal punto di vista letterario. Rileggendo "La scomparsa di Majorana" e analizzando i temi del confronto a distanza tra lo scrittore e il fisico – a cinquant'anni dalla pubblicazione del libro e ottanta dalla tragedia di Hiroshima e Nagasaki –, Vincenzo Barone ci offre in questo saggio, preciso e profondo, l'«anatomia» di un'opera straordinaria e di uno dei dibattiti intellettuali più significativi del Novecento.