Fisica

«Siamo esserini che vivono sulla crosta di una palla di roccia lanciata nello spazio, come una piccola astronave. Fuori, c’è uno straordinario mondo ancora inesplorato. Come un bambino che si affacci per la prima volta a una finestra sul mare, l’umanità intera guarda dall’oblò dei suoi telescopi, curiosa, incantata.» Questo libro raccoglie articoli di giornale scritti da Carlo Rovelli tra il 2010 e il 2020 per il «Corriere della Sera», il supplemento domenicale del «Sole 24 Ore» e altri quotidiani italiani e stranieri. Parla di viaggi (anche psichedelici); di poeti, Lucrezio, Dante e Leopardi, perché «la grande scienza e la grande poesia sono entrambe visionarie, e talvolta possono arrivare alle stesse intuizioni»; di filosofi, da Aristotele a David Lewis che sostiene esistano asini che volano; di buchi neri e telescopi, onde gravitazionali e gravità quantistica. Parla del Big Bang e della nascita del tempo, di scienziati come Stephen Hawking, Roger Penrose, Kip Thorne e del sacerdote Georges Lemaître. Parla di una generazione, quella dell’autore, troppo giovane per il Sessantotto ma non per il Settantasette, di università, di politica, di ateismo, della natura della mente e della coscienza (anche di quella dei polpi). È la raccolta dei sogni e delle passioni intellettuali di un fisico alla ricerca di idee nuove e di una prospettiva ampia e coerente, in cui la scienza si intrecci e si integri con l’intera cultura, una sorta di diario delle avventure intellettuali di uno scienziato che crede nell’impegno civile e nella necessità di una seria divulgazione, e sogna un mondo in cui, «più delle regole, conti la gentilezza».

Preparata dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e pubblicata per la prima volta nel 1957 dalla Commissione per l'Energia Atomica degli USA (poi rieditata con grande successo nel '62 e nel '77), "Gli effetti delle armi nucleari" è l'opera cardine su cui si è basato il calcolo dei danni di una detonazione atomica e, più in generale, la conoscenza stessa che si ha intorno all'utilizzo degli ordigni nucleari. Un libro divenuto fondamentale per gli storici della Guerra Fredda, scritto con estremo dettaglio scientifico, che nei decenni ha rappresentato una lettura obbligatoria per chiunque fosse impiegato nella sicurezza nazionale e nei servizi di emergenza, ma che torna oggi più attuale che mai per tutti coloro che vogliono approfondire il tema “nucleare”. Dal linguaggio chiaro, ma al tempo stesso estremamente dettagliato e ricco di formule, il testo è in grado di soddisfare chiunque voglia sapere cosa accadrebbe dopo lo sgancio di una bomba atomica. Prefazione di Tito Franzini.

Fra tutte le teorie scientifiche, la relatività è quella che più ci affascina e ci sconcerta. Andando contro la nostra rassicurante percezione del mondo, ci costringe a prendere atto che spazio e tempo non sono due dimensioni fisse e separate, ma si contraggono e si dilatano, sfumando l’una nell’altra, fino a perdere la loro individualità. Tutto ciò può sembrare misterioso o comprensibile solo per gli scienziati. Ma non è così: Einstein stesso arrivò a formulare la teoria della relatività seguendo intuizioni nate da immagini molto semplici. Ispirandosi a questo stesso metodo dell’“esperimento mentale”, con straordinario talento da divulgatore, Amedeo Balbi accompagna passo dopo passo il lettore in un entusiasmante viaggio concettuale, con l’aiuto di situazioni concrete e degli scenari della migliore fantascienza (da 2001: Odissea nello Spazio a Star Wars, fino a Interstellar), illuminando così anche gli argomenti che potrebbero sembrare più inaccessibili – dalla relatività ristretta a quella generale, dai buchi neri alle onde gravitazionali. Inseguendo un raggio di luce è una lettura preziosa su una delle più alte creazioni dell’ingegno umano, la vetta del pensiero di Einstein: la relatività, uno strumento fondamentale per interpretare la realtà dell’universo, diventa in questo libro un’esperienza vertiginosa per la nostra immaginazione.

Tutto quello che c'è da sapere sulla radioattività e sulle sue applicazioni: un viaggio affascinante tra scienza e tecnologia dell'atomo, fondamentale per orientarsi nel futuro. Perché parlare di nucleare è sempre così difficile e polarizzante? Forse perché la radioattività è un tema poco noto, di cui spesso si sente discutere in modo approssimativo o, al contrario, troppo complicato. In queste pagine Marco Coletti, animatore del canale YouTube "La Fisica Che Non Ti Aspetti", racconta la storia, la scienza e le applicazioni della radioattività come non le avete mai lette. Che cos'è un isotopo? Perché ci sono isotopi radioattivi nel nostro cibo? Come sono avvenute le grandi scoperte di Marie Curie ed Enrico Fermi? In che modo i reattori nucleari, di varie dimensioni, possono produrre energia elettrica o muovere un sottomarino o una nave da trasporto? Come funziona la radiodatazione? Quali sono le frontiere della medicina nucleare? Oltre a rispondere a tutte queste domande, l'autore si sofferma anche sul lato oscuro della radioattività: la bomba atomica, i danni delle radiazioni ionizzanti sul corpo umano, gli errori del passato nella gestione delle centrali nucleari. Come molti fenomeni naturali che abbiamo imparato a sfruttare e "addomesticare", anche la radioattività può essere usata bene o usata male. Ed è con questa consapevolezza che dobbiamo guardare al futuro di un'umanità minacciata da crisi climatiche e geopolitiche: "Radioactivity" offre tutti gli strumenti per distinguere tra inutili allarmismi e pericoli reali, ma soprattutto per cogliere le grandi opportunità che l'atomo può ancora riservarci.

Il libro esamina l'idea di atomo e di particella attraverso una ricostruzione storico-concettuale che risale indietro fino all'atomismo proposto da Leucippo e Democrito e al dibattito antico e medievale. Indaga poi le teorie corpuscolariste dell'età moderna, fino ai primi modelli di atomo, per arrivare alla concezione di particella impiegata oggi nel Modello standard delle particelle elementari e ai problemi che tale nozione sembra avere nelle teorie fisiche contemporanee. Il testo, grazie al suo taglio sia storico che filosofico – e in alcuni passaggi anche fisico –, permette al lettore di comprendere l'evoluzione di questo concetto così importante per l'attuale descrizione della realtà.

Quest’opera, in due volumi separabili, è una raccolta di circa 300 esercizi che coprono i quattro grandi temi della Fisica Tecnica come impartita nei corsi di Ingegneria e Architettura: Termodinamica e Termocinetica (Vol. 1); Acustica e Illuminotecnica (Vol. 2). Sono esercizi graduati in ordine di complessità e orientati a lumeggiare sia gli aspetti fondamentali che quelli applicativi della materia, e pertanto destinati non solo agli studenti, ma anche ai professionisti del campo fisico-tecnico dell’ambiente costruito. Ma ciò che fa di questo libro un unicum nel suo genere è legato al fatto che tutti gli esercizi sono risolti con PTC Mathcad, un programma di calcolo matematico particolarmente versatile oggi in dotazione nei laboratori informatici di molti Dipartimenti universitari in Italia e nel mondo, e comunque scaricabile gratuitamente dal web in versione «light». Il testo degli esercizi è fruibile indipendentemente dalla conoscenza del programma, a meno di poche eccezioni spiegate all’occasione e comunque richiamate in un capitolo introduttivo. La peculiarità più rilevante del libro è la possibilità di attingere agli esercizi contenuti all’interno del volume in forma «nativa», ossia come fogli di calcolo PTC Mathcad, scaricabili dal sito dell’editore. Ciò consente al lettore interessato di ripercorrere l’esercizio in chiave critica, come nel caso in cui volesse esplorare qualche variante al problema: così sarebbe a suo carico il solo (nobile!) compito di stabilire il nuovo modello fisico-matematico, affidandone al programma l’onere computazionale. Il tutto con importanti benefici, in termini sia formativi e di approfondimento cognitivo, sia di acquisizione di uno strumento di calcolo all’altezza dei tempi, che, affrancandolo dalla «mentalità della calcolatrice», lo avvii a ragionare «per algoritmi» e non più «per formule». Il volume è corredato da Appendici dove si riportano diagrammi, tabelle e dati di frequente consultazione, oltre a pagine di approfondimento.

Nella sua incessante indagine sulle unità fondamentali che formano il mondo attorno a noi, la fisica si è spinta in regioni sempre più piccole della materia, e a partire dalla fine dell'Ottocento la matematica ha assunto un ruolo sempre più importante, offrendo la possibilità di costruire modelli della realtà attraverso oggetti rappresentabili soltanto matematicamente. Dagli atomi alle particelle elementari, giù fino agli ineffabili quark, ci siamo sganciati dai riferimenti sicuri dell'intuizione immediata e abbiamo abbandonato il sostegno di consolidate categorie filosofiche. Il visibile, scomposto nei suoi costituenti elementari, è diventato invisibile e per questo, paradossalmente, comprensibile. La rivoluzione della fisica del Novecento è quindi stata soprattutto una rivoluzione filosofica, sostiene Giuseppe Bruzzaniti, che in questo libro ci accompagna in un viaggio singolare nella storia della scienza, in cui incontreremo le stupefacenti proprietà degli atomi e dei quark, del vuoto quantistico ribollente di particelle virtuali, del bosone di Higgs e la sorprendente idea, usando le parole di Steven Weinberg, «che il nostro mondo solido di alberi e pietre possa essere fatto di campi quantistici e nient'altro».

Com'è fatta la materia? Quali sono i suoi costituenti più piccoli? Per rispondere a queste domande il volume affronta tre grandi temi: gli acceleratori, i rivelatori e gli esperimenti. Descrive in modo semplice il funzionamento degli acceleratori che sono, in buona sostanza, i generatori di particelle ad alta energia. Partendo dalla generazione delle particelle ne segue il cammino – come si accelerano? come si deviano? – fino a giungere agli urti, per studiare i quali gli attori principali sono appunto i rivelatori. Quali sono i principi su cui si basano? Come si costruiscono? Infine gli esperimenti mettono insieme acceleratori e rivelatori per carpire la natura dell'infinitamente piccolo nella sua bellezza. Comprendere i segreti di questo mondo invisibile non è possibile senza uno sguardo approfondito all'elettronica e senza mettere a fuoco come si analizzano i dati.

Per decenni la meccanica quantistica ha visto in Niels Bohr il proprio nume tutelare. E anche se oggi si tende a ridimensionare il suo ruolo nello sviluppo della teoria atomica (a favore dei contributi di Heisenberg e Born, di Dirac e di von Neumann), il ruolo di Bohr nella cultura filosofico-scientifica del Novecento rimane cruciale. Il fisico danese è infatti stato tra i primi a cogliere l'importanza di una ricerca collettiva, favorita da strutture adeguate e da un clima di apertura intellettuale e umana: luoghi di fermento creativo e amore per la libera discussione che avrebbero unito i migliori intelletti del continente europeo, e non solo. Ma Bohr rimane una figura centrale della cultura novecentesca anche per la sua strenua dedizione nell'interrogazione filosofica della fisica: volta a estrarre dalle acquisizioni scientifiche una lezione più generale per la conoscenza umana. Con scrittura chiara e felice Federico Laudisa ci racconta questa figura sfaccettata e profonda e, al tempo stesso, ci apre le porte dell'avventura quantistica: il principio di indeterminazione, il «problema della misura», gli ambiti di applicabilità della meccanica quantistica, e – più in generale –la conoscibilità dell'universo fisico. Fino al principio di complementarità, concetto centrale della cosiddetta «interpretazione di Copenaghen», che – spiega bene l'autore – è più controversa di quanto la vulgata non tenda a pensare. Nella trama delle sue relazioni con gli altri protagonisti della fisica (da Albert Einstein a Werner Heisenberg) e della filosofia (il neokantismo di Ernst Cassirer, il falsificazionismo di Karl Popper), Laudisa scorge in Bohr un caso esemplare di come, partendo da una teoria fisica, si possano sollevare questioni di portata epistemologica generale. Sullo sfondo degli intensi dibattiti innescati dagli sviluppi vorticosi della fisica novecentesca, la figura di Bohr si colloca in quel raro «spazio logico» in cui storia intellettuale, storia della scienza e filosofia della scienza si intersecano, dando vita a nuove, sorprendenti immagini del mondo.

Il Volume I illustra i concetti di base della Meccanica, della Termodinamica, delle oscillazioni e delle onde meccaniche. Il testo facilita la comprensione della materia proponendone l’applicazione nell’ambito della vita quotidiana. L’impostazione grafica e la presentazione dei contenuti favoriscono la memorizzazione dei concetti e la loro applicazione nella risoluzione dei problemi. I Modelli di analisi considerano situazioni fisiche opportune che rappresentano modelli generali. È proposta una Strategia generale per la risoluzione dei problemi. Alla fine di ogni capitolo sono presenti Problemi di tipologia e difficoltà differenti. Numerosi Esempi svolti sono posti lungo il testo di ogni capitolo. I Quiz presenti sono un’opportunità per verificare la comprensione dei concetti fisici studiati. Le note a margine Prevenire l’errore evidenziano concetti affinché si evitino fraintendimenti. Le Appendici propongono richiami di matematica, tavole di dati fisici e tabelle di conversione. Sono fornite le Risposte ai Quiz e ai problemi con numero dispari. Il Volume I e il Volume II forniscono una trattazione completa degli argomenti previsti per un corso di Fisica di base.

Il Volume II illustra i concetti di base dell'Elettricità e del Magnetismo, della Luce e dell'Ottica, e fornisce un'introduzione alla Fisica moderna. L’impostazione grafica e la presentazione dei contenuti favoriscono la memorizzazione dei concetti e la loro applicazione nella risoluzione dei problemi. I Modelli di analisi considerano situazioni fisiche opportune che rappresentano modelli generali. È proposta una Strategia generale per la risoluzione dei problemi. Nel testo sono presenti: numerosi Esempi svolti, Quiz, note a margine Prevenire l’errore, Problemi di tipologia e difficoltà differenti, Risposte ai Quiz e ai problemi con numero dispari, Appendici con richiami di matematica, tavole di dati fisici e tabelle di conversione. Nella nuova Edizione rivisitata, oltre all’inserimento di una nuova tipologia di Problemi, i contenuti dei Capitoli 22, 23 e 24 sono stati riorganizzati per facilitare lo studio degli argomenti trattati. Insieme al Volume I, il Volume II fornisce una trattazione completa degli argomenti previsti per un corso di Fisica di base. Solo nell'ebook sono forniti in lingua originale gli svolgimenti dei problemi con numero pari e dei problemi impegnativi.

La fine del mondo è parte del nostro immaginario dall’alba dei tempi e, nei secoli, sono molte le volte in cui qualcuno l’ha predetta: come dimenticare i timori sull’anno Duemila e sul Millennium bug, che avrebbe dovuto causare il collasso della civiltà? O l’oscura profezia Maya — peraltro un clamoroso falso storico — che portò a guardare con terrore il fatidico 2012? I media, i film e i libri sono affollati di scenari apocalittici perché da sempre noi esseri umani flirtiamo con la fine del mondo, forse per esorcizzarla, forse per apprezzare meglio quel che abbiamo, forse per essere pronti quando verrà. Nasce da qui l’idea di Licia Troisi, ansiosa per natura, scrittrice per vocazione e astrofisica di professione che ha deciso di accompagnarci alla scoperta dei tantissimi — e spesso molto creativi — modi in cui l’Universo potrebbe farci fuori. Dall’inflazionato buco nero pronto a fagocitare stelle e pianeti, al minaccioso fantasma dell’anti-materia; dall’eventualità (non così remota) che il Sole a un certo punto si spenga, a un grande classico della fantascienza come un nuovo Big Bang. Il risultato è Astrofisica per ansiosi, un viaggio attraverso scenari catastrofici, tutti scrupolosamente affrontati con serietà e rigore scientifico, che ci porterà a esorcizzare le nostre paure ma anche a renderci contro che — spoiler! — la più grande, e reale, minaccia alla nostra sopravvivenza siamo proprio noi stessi!