Fisica

Tutta la nostra storia è il racconto di un viaggio. Dalla caverna al bosco, oltre le montagne impervie, dentro il terrore degli abissi marini, sempre alla ricerca di qualcosa di nuovo da scoprire. Fino a quando anche la Terra ha iniziato a starci stretta, e abbiamo rivolto il nostro sguardo sognante lassù, verso il cielo. Ancora più su, mai sazi di conoscenza: l'immenso cosmo, l'irraggiungibile spazio extragalattico. Ma come arrivarci, lassù? Come diventare esploratori dello spazio, turisti dell'infinito? Antonio Ereditato ci imbarca in questa traversata affidandosi alle possibilità della fisica. Ci guida nella costruzione di una caravella spaziale, assembla un equipaggio capitanato da un'intelligenza artificiale, mette in valigia la relatività einsteiniana, l'antimateria, le leggi fondamentali e gli esperimenti realizzati con gli acceleratori di particelle, scrivendo un libretto d'istruzioni comprensibile a tutti. Poi si parte: tappa dopo tappa, sull'imperscrutabile Luna, tra le stelle che illuminano i nostri sogni, a due passi dal Sole, sulla soglia perigliosa di un buco nero, oltre i confini del Sistema Solare, ai margini impossibili dell'universo. A tu per tu con il mostro cosmico Sagittario A* - il Re della Galassia -, nel mezzo dello sconosciuto nulla, tra Andromeda e la Via Lattea, affacciati al finestrino della nostra navicella per ammirare per la prima volta ciò che non avremmo mai immaginato di vedere. Per fare infine ritorno sulla Terra quarantasette anni dopo, quando però, sul nostro pianeta, saranno trascorsi ben ventimila secoli. Cosa troveremo? Sarà la fine? No, forse solo l'inizio di una nuova, inaspettata avventura.

Come le "Sette brevi lezioni di fisica", che ha raggiunto un pubblico immenso in ogni parte del mondo, questo libro tratta di qualcosa della fisica che parla a chiunque e lo coinvolge, semplicemente perché è un mistero di cui ciascuno ha esperienza in ogni istante: il tempo. E un mistero non solo per ogni profano, ma anche per i fisici, che hanno visto il tempo trasformarsi in modo radicale, da Newton a Einstein, alla meccanica quantistica, infine alle teorie sulla gravità a loop, di cui Rovelli stesso è uno dei principali teorici. Nelle equazioni di Newton era sempre presente, ma oggi nelle equazioni fondamentali della fisica il tempo sparisce. Passato e futuro non si oppongono più come a lungo si è pensato. E a dileguarsi per la fisica è proprio ciò che chiunque crede sia l'unico elemento sicuro: il presente. Sono tre esempi degli incontri straordinari su cui si concentra questo libro, che è uno sguardo su ciò che la fisica è stata e insieme ci introduce nell'officina dove oggi la fisica si sta facendo.

"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.

La compatibilità tra le due teorie fondamentali della fisica – la Relatività e la Meccanica Quantistica – ha posto gravi problemi sia di formalismo matematico che di interpretazione filosofica. Un problema, questo, sempre di grande attualità, che affascina non solo gli addetti ai lavori, ma anche il pubblico colto. Esperimenti eccezionali hanno confermato la portata della rivoluzione concettuale in atto, la cui portata è forse paragonabile a quella promossa da Galileo. In questo volume, Olivier Costa de Beauregard, allievo del grande fisico francese Louis de Broglie fa una brillante e profonda analisi delle prospettive aperte dagli sviluppi della scienza proponendo un’interpretazione più ampia della meccanica quantistica nella quale i fenomeni paranormali diventano parte integrante della realtà.

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.

«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.