Fisica

È vero, siamo circondati da scienziati influencer, proliferano divulgatori e libri di scienza: era proprio necessario parlare ancora una volta di fisica? Sì! Innanzitutto c’è bisogno di una divulgazione leggera ma insieme rigorosa che restituisca, della materia, una visione globale, completa e coerente. Ma, soprattutto, la fisica, le sue leggi, il suo linguaggio sono, insieme a tutte le scienze, strumento indispensabile per essere cittadini oggi. Questo libro è un viaggio attraverso 5 aree tematiche: la fisica quotidiana, la fisica dei giochi, la fisica dei fisici, la fisica del fantastico e la fisica del clima. Ognuna con 5 mini lezioni, che ci portano dalla comprensione intima delle più elementari grandezze fisiche, attraverso le meraviglie della fisica moderna, sino ad affrontare il problema dell’emergenza climatica.

L'esperienza descritta è finalizzata alla determinazione del calore specifico dell'acciaio e del calore latente di fusione del ghiaccio, mediante l'utilizzo del calorimetro delle mescolanze. In relazione alle pesate, si è preferito riferirsi alla bilancia di precisione meccanica anziché alla sua controparte elettronica, illustrandone i princìpi di funzionamento. In alternativa all'approccio classico, si effettua una nuova formulazione in termini di variabili statisticamente indipendenti, verificando infine che anche nella formulazione classica le variabili possono considerarsi, con buona approssimazione, statisticamente indipendenti. Particolare attenzione viene rivolta alla definizione dell'equilibrio termico dell'ambiente calorimetrico recante l'oggetto di misura, nel caso ideale e reale, corrispondente all'assenza o alla presenza, rispettivamente, di perdita o acquisizione di calore in relazione all'ambiente esterno.

La visita a una mostra diventa per Paolo, un giovane studioso, l’occasione per spiegare all’amica Francesca i concetti fondamentali della fisica. Prendendo spunto dalle opere di alcuni fra i più grandi artisti di ogni tempo, il protagonista affronta, capitolo dopo capitolo e quadro dopo quadro, argomenti come il moto, l’energia e le sue trasformazioni, la struttura della materia, le interazioni tra le particelle, la natura della luce e l’elettromagnetismo, la teoria della relatività, ripercorrendo di fatto l’intera storia della disciplina. Una particolare attenzione è riservata al metodo scientifico e agli aspetti filosofici della fisica: dal determinismo e dalla visione meccanicistica dell’universo agli interrogativi sollevati dalla meccanica quantistica, dalle possibilità e dai limiti dei modelli interpretativi all’uso del formalismo matematico, dalle ricadute tecnologiche che hanno trasformato la civiltà al rapporto fra scienziati e società. Il libro si rivolge a quei lettori a cui la fisica appare una disciplina fredda e arida, perché non ne hanno mai potuto cogliere il ricco contenuto culturale e umano, in realtà non diverso da quello dell’arte. Fisica e arte hanno infatti una stessa, meravigliosa origine: il desiderio dell’uomo di capire il suo molteplice mondo.

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.

Questo libro descrive in modo non banale il Modello Standard che è composto da 17 particelle fondamentali. Solo due di questi – l’elettrone e il fotone – sarebbero familiari a chiunque da 100 anni. Si dividono in due gruppi: i fermioni ed i bosoni. I fermioni sono gli elementi costitutivi della materia. Ci sono 12 fermioni, divisi in sei quark e sei leptoni. Delle particelle familiari che compongono l'atomo, l'elettrone è un leptone. Tuttavia, protoni e neutroni non fanno parte del Modello Standard perché sono particelle più grandi composte da quark. Tutte le particelle più grandi e tutta la materia sono costituite solo da quark e leptoni. Nel frattempo, solo cinque bosoni sono responsabili di tutte le interazioni tra la materia. Portano tre delle quattro forze fondamentali in natura: la forza forte, la forza debole e l'elettromagnetismo. La forza forte è trasportata dal gluone, che tiene insieme i quark per creare protoni, neutroni e particelle di grandi dimensioni più esotiche. La forza debole provoca il decadimento radioattivo grazie ai bosoni W e Z. Infine, la forza elettromagnetica è trasportata dal fotone.

In un'epoca in cui la nostra vita quotidiana è immersa in una sinfonia invisibile di onde elettromagnetiche è importante comprenderne la natura e il loro impatto su di noi e sul nostro ambiente. Lo scopo di questo libro è quello di descrivere la complessità dei campi elettromagnetici, che siano prodotti artificialmente dalle nostre tecnologie o siano presenti in modo naturale nell'universo. Si parte dalla base, esplorando i fondamenti della teoria elettromagnetica, dalle equazioni di Maxwell alle leggi di Faraday e Ampère. Con un linguaggio semplice e chiaro si cercherà di rendere questi complessi concetti accessibili a tutti, senza rinunciare alla completezza della trattazione. Il libro è rivolto a chi desidera esplorare il mondo affascinante e spesso sorprendente dei campi elettromagnetici: studenti desiderosi di imparare, professionisti che cercano di approfondire la loro comprensione o semplici appassionati.

È possibile ricondurre a un'unità la complessità e la straordinaria varietà del mondo vivente? A rispondere a questa domanda è la biofisica, una nuova ed emergente disciplina che sta rivoluzionando la nostra comprensione della vita sulla Terra e consentendo di mettere a punto tecnologie che, per quanto controverse, si dimostrano utili per la nostra sopravvivenza, quali l'editing genetico, la crescita artificiale degli organi e l'ingegneria degli ecosistemi. Arricchito da decine di disegni originali dell'autore, il volume ci accompagna alla scoperta di questa scienza mostrandoci come ogni forma di vita vegetale e animale, dalla più microscopica alla più grande, venga modellata da soli quattro principi fisici fondamentali e descrivendo le potenzialità delle biotecnologie all'avanguardia e il loro possibile ruolo nel modificare gli esseri viventi in misura più o meno significativa. Un affascinante viaggio che offre sorprendenti prospettive su come le meraviglie della vita possano nascere da un inizio così semplice.

Imparare a risolvere i problemi di fisica fra la scuola secondaria e l’università, come presupposto per un corretto orientamento a qualunque facoltà scientifica degli studenti dell’ultimo biennio, in particolare di coloro che vogliono concorrere a una scuola superiore d’eccellenza. Questo è l’obiettivo che si propone il libro, nel quale sono presentati tutti i problemi di fisica assegnati dal 2000 al 2023 per l’ammissione al primo anno della Scuola Normale Superiore di Pisa. Con il supporto delle conoscenze necessarie, l’approccio ai quesiti avviene in tre fasi: dei soli testi dei problemi con l’indicazione relativa alla difficoltà, dei suggerimenti orientanti e, infine, della soluzione proposta per ciascuno di essi. Il problema scientifico diventa così – a dispetto di un insegnamento scolastico che spesso si fossilizza nel dogmatismo e nella ripetizione – esercizio e sfida: passione.

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.

Da secoli, le stelle sono al centro della speculazione scientifica, che ha tentato a più riprese di svelare il mistero che comprende la loro formazione e la loro evoluzione. Oggi, la scienza è in grado di offrire al pubblico un’ampia gamma d’informazioni, frutto dell’incrociarsi di varie discipline che hanno permesso la decifrazione di molti interrogativi che ammantavano questi luminosi corpi celesti. Francesco Ferraro, docente di Astrofisica presso l’ateneo di Bologna, ci accompagna, dunque, in un viaggio all’interno della nostra Galassia e oltre: scopriremo come le stelle nascono, brillano e muoiono, plasmando l'Universo che ci circonda. Le stelle hanno infatti un ruolo cruciale nell’architettura galattica, influenzando la formazione dei pianeti e contribuendo alla creazione di sistemi solari complessi. Di più: all’interno delle grandi centrali termonucleari che ne costituiscono i nuclei, forgiano gli elementi chimici presenti in tutto l’Universo; ecco perché possiamo dirci davvero “figli delle stelle”. Questo volume, dunque, è anche un invito a contemplare il nostro posto nel cosmo, comprendendo il legame condiviso con questi brillanti astri che, sebbene lontani, sono a noi intimamente connessi: ogni sguardo verso la volta stellata è un promemoria della straordinaria complessità e bellezza dell’Universo, la nostra casa.

Questo libro è un viaggio immaginario nella Fisica che nega, per assurdo, la validità assoluta delle teorie attualmente in voga, costruendo una teoria analitica, Fisica-Matematica alternativa, e complementare. La sua formulazione operatoriale risultò essere equivalente, ma non identica, al trattamento quantistico delle particelle e delle antiparticelle, estese ovvero non puntuali, fu sottoposta sotto il nome di meccanica adronica e fisica quantica isoduale. Seguemdo questi necessari studi di base, sia il Cap. 1 che il Cap. 2 includono la verifica particolareggiata che la nuova teoria isoduale, della materia e dell'antimateria, rappresenta ed anche l'evidenza sperimentale classica e particellare, con interazioni non locali ed integrali. Si ipotizzano alcune delle predizioni della nuova teoria isoduale dell'antimateria, come l'antigravità, una macchina del tempo casuale, la cosmologia isoduale in cui l'universo ha caratteristiche totali nulle, ed altre predizioni che sono fin ora lontane ad essere raggiunte, per il limiti tecnologici attuali e tali ad essere sulla vera frontiera dell'immaginazione.