Matematica e scienze

Il volume ripercorre le vie seguite dall'astronomia da Talete a Keplero: dalle più antiche concezioni cosmologiche, attraverso lo studio matematico dei moti planetari, fino alla dissoluzione degli armamentari di cerchi - omocentrici, eccentrici, deferenti, epicicli - nel copernicanesimo kepleriano. Un lungo racconto dove campeggiano figure di grande rilievo: i capitoli su Platone, Aristotele, Tolomeo, Copernico, Tycho Brahe e Keplero sono vere e proprie monografie, ma anche personaggi minori come Eraclide, Aristarco, Apollonio, i Padri della Chiesa e gli astronomi arabi sono trattati con la stessa attenzione e maestria. Il Seicento stabilisce una linea di demarcazione precisa tra due periodi della storia dell'astronomia; anteriormente si ha il lungo e complesso sviluppo dell'astronomia "matematica", orientata verso la ricerca di sistemi geometrici capaci di render ragione del moto dei pianeti; nel Seicento - con Galileo e con Keplero, che si pone come erma bifronte tra i due periodi - ha inizio una considerazione fisica dei moti celesti, con una problematica del tutto nuova, da affrontare con altri mezzi.

La quarta edizione del manuale, riveduta e corretta, è indirizzata all'insegnamento della Termodinamica o Fisica Tecnica nei corsi di laurea in Ingegneria e Architettura. Il testo affronta i principi fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore, riportando anche numerose applicazioni tecniche, in maniera chiara e intuitiva, senza far ricorso a complesse elaborazioni matematiche. La materia di studio è presentata in modo da suscitare l'interesse degli studenti, coinvolgendoli attraverso la soluzione di vari problemi pratici ampiamente illustrati. Nel volume è incluso un Eserciziario con oltre 300 esercizi: dal riepilogo dei concetti salienti del capitolo, ai problemi e alle relative soluzioni. Sono stati pensati anche dei problemi specifici per la facoltà di Architettura.

"Termodinamica e trasmissione del calore" ed "Elementi di acustica e illuminotecnica" costituiscono una proposta editoriale completa e integrata, pensata per offrire tutto il bagaglio di conoscenze necessarie agli studenti dei corsi di Fisica tecnica che prevedono l'insegnamento dell'acustica e/o dell'illuminotecnica insieme agli argomenti classici della termodinamica.

Possiamo viaggiare nel tempo? Riusciremo mai a prendere scorciatoie in grado di coprire le distanze interstellari in pochi secondi? La fantascienza - da "Star Treka Interstellar", passando per i più diversi tipi di incontri ravvicinati - ci ha abituato a salti nell'iperspazio, esplorazioni intergalattiche, ipervelocità, wormhole attraversabili e motori a curvatura, ma quante di queste visioni saranno effettivamente realizzabili, se non oggi, nel nostro immediato futuro? In "Come viaggeremo nel tempo", Alien Everett e Thomas Roman affrontano queste domande e passano in rassegna le possibilità più allettanti aperte dalla ricerca contemporanea: dai paradossi della relatività ristretta alle inaspettate connessioni teoriche fra viaggi a ritroso nel tempo e moti a velocità superiori a quella della luce, dalle differenze paradigmatiche fra i viaggi nel futuro e nel passato alle macchine del tempo concepite dall'uomo - "macchine" che poco hanno a che vedere con le più sofisticate astronavi o i più improbabili macinini dell'immaginario fantascientifico, ma sono piuttosto costruzioni fisiche squisitamente ipotetiche. Nato da un manifesto amore per la fantascienza e i suoi autori, H.G. Wells per primo, e da un'altrettanto evidente passione per il rigore analitico, "Come viaggeremo nel tempo" non è solo un libro sullo spazio e le sue imperscrutabili distanze, sulla materia e l'energia, ma anche un racconto di come la fisica e le tecnologia stanno cambiando le nostre percezioni...

Il volume raccoglie insieme due opere tra le più note del grande scienziato: l'eccezionale scoperta che apriva alla scienza nuovi orizzonti di ricerca e sperimentazione verso rivoluzionarie creazioni e i dubbi, gli interrogativi, i pensieri dell'uomo che ha dato nuove leggi fisiche all'universo, non solo sul modo di concepire lo spazio e il tempo, ma sull'alternativa tra progresso e autodistruzione che oggi si pone ai popoli della terra. Due opere per conoscere Einstein: lo scienziato che ha rivoluzionato la nostra idea del tempo e dello spazio, l'uomo dal grande impegno civile, preoccupato per le sorti dell'umanità.

Come in qualsiasi altra disciplina scientifica moderna, dinamica, in chimica le teorie vengono perfezionate in modo che rispecchino i dati nuovi, i concetti consolidati vengono applicati a nuovi sistemi e vengono stabilite connessioni con altre scienze per acquisire nuove informazioni. Ma la chimica, come scienza della materia e delle sue trasformazioni, ha un'importanza fondamentale per molte altre scienze fisiche, biologiche, ambientali, mediche e ingegneristiche che devono svilupparsi continuamente per potere progredire. La progettazione di metodi nuovi, "più verdi", di preparazione di combustibili, materie plastiche e altri beni, la modellizzazione dell'atmosfera, degli oceani e dei mari per prevederne le variazioni e i loro effetti, la comprensione del patrimonio genetico per sviluppare nuovi farmaci e la sintesi di nano-materiali con proprietà rivoluzionarie sono soltanto alcuni degli innumerevoli settori in cui la chimica si sta sviluppando. D'altra parte, i concetti fondamentali della chimica costituiscono ancora l'essenza del corso. Le leggi di massa e il concetto di mole pervadono ancora le quantità di sostanza in una reazione chimica; le proprietà atomiche, e le tendenze periodiche e i tipi di legame che da esse emergono, determinano ancora la struttura molecolare, che, a sua volta, governa ancora le forze intermolecolari e il conseguente comportamento fisico delle sostanze.

L'interesse per i sogni ha una lunga storia. Dagli antichi oracoli fino a Sigmund Freud l'uomo ha tentato di rispondere a tre grandi domande: Perché sogno? Che cosa dicono di me i miei sogni? Come possono aiutarmi? Eppure, ancora oggi, sappiamo così poco di questa parte così profonda e nascosta di noi, nonostante la psicoanalisi abbia tentato a più riprese di scardinarne i significati, in modi anche arbitrari, e la scienza abbia messo a punto strumenti efficaci di studio solo in tempi relativamente recenti. È possibile, allora, leggere i sogni? Registrarne gli imprevedibili e talora vertiginosi sommovimenti? Esiste, infine, una relazione tra sogno e coscienza? Stefan Klein, tra i più importanti saggisti scientifici tedeschi e consumato divulgatore, ci descrive il mondo dei sogni sotto una prospettiva completamente nuova e trasferisce il fascino che hanno esercitato da sempre su di noi nella cornice della scienza moderna. Con scansioni cerebrali e gigantesche banche dati – ci spiega – le neuroscienze hanno elaborato strumenti e criteri completamente nuovi per esplorare e capire il nostro inconscio. Forse anche in futuro i sogni manterranno immutata la loro enigmaticità, ma grazie a questo libro avvincente scopriremo in modo intelligibile ciò che i sogni ci dicono veramente, in che modo ci aprono nuovi orizzonti e come noi possiamo usarli per addestrare la nostra mente. Dimentichiamo dunque tutto quello che pensavamo di sapere sui sogni e iniziamo un viaggio di scoperta unico verso le fonti della nostra realtà interiore.

Come si è evoluto il nostro cervello per sviluppare caratteristiche quali la flessibilità cognitiva, la capacità d'innovazione e imitazione? Uno dei maggiori scienziati cognitivi a livello internazionale, sfruttando le più innovative ricerche nell'ambito della genetica, dell'antropologia, dell'anatomia comparata e delle neuroscienze, traccia una linea argomentativa che critica gli assunti fondamentali di autori come Fodor, Chomsky e Hauser su mente, linguaggio e morale. Lieberman offre, quindi, un paradigma alternativo che, poggiando sui principi dell'evoluzione darwiniana, vede nelle caratteristiche dell'organismo umano e nelle interazioni con l'ambiente le basi del linguaggio e della variabilità culturale.

Lilian Kallir è una brillante pianista che predilige Mozart: una sera, allorché deve affrontare il Concerto n. 21 (quello col famoso Andante), la partitura diventa di colpo un intrico di segni incomprensibili; è l'esordio di una neuropatologia che le impedirà, se non di scrivere, di leggere alcunché e altererà la sua percezione sino a farle confondere un violino con un banjo o un rasoio con una penna. Sue Barry è riuscita a diventare neurobiologa nonostante una menomazione invalidante: una forma di "strabismo" che inibisce la visione "stereoscopica", sicché gli occhi sono attivi uno per volta, in alternanza, senza mai potersi coordinare; per lei, la profondità e la terza dimensione sono categorie puramente immaginarie. Sono solo due dei casi raccontati e analizzati nel nuovo libro di Oliver Sacks: storie di amputazioni e deformazioni affettivo-cognitive che sembrano sfociare in drammi senza ritorno. Eppure Sacks mostra ancora una volta come ogni ferita attivi inaspettate strategie adattative, una capacità impensabile di conservare o ridisegnare l'Io e il Sé. Ma per il lettore la vera sorpresa consisterà nel vedere tali dinamiche confermate dall'esperienza personale dello stesso Sacks. Scrutandosi con freddezza clinica, ma senza il timore di rivelare le oscillazioni dei suoi stati d'animo, il neurologo-scienziato parla infatti sia della sua prosopagnosia (l'incapacità di riconoscere i volti), sia dell'odissea legata a un melanoma maligno nella regione dell'occhio sinistro.

I sistemi dinamici sono modelli matematici di situazioni in evoluzione, descritte da una legge che governa il cambiamento di stato, la quale può essere sia discreta che continua. Questo volume parte dai più semplici casi lineari, in cui le soluzioni, cioè le leggi che esprimono il risultato della dinamica, sono calcolabili esplicitamente. Quindi presenta la teoria qualitativa dei sistemi dinamici continui, i metodi di discretizzazione per passare dal continuo al discreto (passaggio necessario per un calcolo numerico approssimato delle soluzioni) e i sistemi conservativi ad un grado di libertà, tipici dei modelli meccanici. Il capitolo conclusivo presenta i concetti di base e uno degli esempi più semplici del caos, con le sue caratteristiche di imprevedibilità e di complessità. Questo testo è ora disponibile in una seconda edizione riveduta e corretta. II taglio dell'opera è didattico. Particolare cura è stata posta nei sistemi di indicizzazione, negli esercizi, nell'appendice che descrive i requisiti matematici necessari per assimilare tutti i risultati in modo rigoroso. Il testo è corredato da numerosi esercizi e problemi, le cui soluzioni sono disponibili sul CD-ROM allegato, assieme ad esempi di programmi per esperimenti numerici al calcolatore e per visualizzare graficamente gli esempi più importanti. Sempre sul CD-ROM è disponibile la versione ipertestuale del libro, che si può leggere con un browser web.

La formazione di base del fisico non può più prescindere dalla conoscenza delle tecniche base di analisi del segnale a tempo discreto, sempre più necessaria per il trattamento di moli di dati continuamente crescenti, ma spesso esclusa dal curriculum formativo dei primi anni. Lo studioso interessato deve spesso rivolgersi a testi finalizzati alla programmazione o di forte impianto matematico: questo libro è pensato invece come testo introduttivo, destinato a chi vuole imparare le tecniche più comuni o a chi desidera avere una maggiore consapevolezza delle operazioni eseguite da programmi acquistati a scatola chiusa. L'approccio è pertanto pragmatico, senza rinunciare al rigore matematico: le dimostrazioni, ad esempio, sono riportate solamente nei casi più facili. Questo volume risulta pertanto adatto agli studenti di fisica o geofisica del triennio o della laurea specialistica, interessati nell'analisi dei segnali acustici, biomedici, sismici, o anche più specifici come i segnali prodotti dalle antenne gravitazionali. L'attenzione è rivolta principalmente a segnali e sistemi a tempo discreto, ma sono trattati in parallelo anche segnali e sistemi a tempo continuo, con una analisi comparativa che ne mette in mostra similitudini e differenze. Gli argomenti che vengono coperti sono i processi aleatori, l'analisi di Fourier, l'analisi dei sistemi dinamici, la trasformata z, le tecniche di stima spettrale, il disegno di filtri FIR ed IIR, la misura delle caratteristiche di un sistema...

In questo volume, continuazione del manuale "Meccanica Quantistica: nuova introduzione", vengono trattate le applicazioni, in senso lato, dei principi della teoria. Il volume ammette diversi livelli di lettura: il testo principale è, o dovrebbe essere, parte delle conoscenze generali di un fisico, i complementi sviluppano tematiche più complesse e i problemi numerici allegati al testo realizzano concretamente queste idee. Ad esempio se si suppone che tutti gli studenti di fisica debbano conoscere i rudimenti della teoria perturbativa, solo alcuni saranno interessati al problema della convergenza della serie, o alla connessione fra serie perturbativa e risultati esatti. Questa impostazione permette l'approfondimento di problematiche che normalmente non sono incluse in trattazioni elementari della materia. Citiamo a titolo di esempio lo studio dei sistemi metastabili, una introduzione all'approssimazione semiclassica per sistemi a molti gradi di libertà, la risoluzione dell'equazione di Hartree-Fock per atomi complessi etc. In questo contesto vengono introdotte ed illustrate idee teoriche ed applicazioni concrete che vanno dalla risommazione di Borel della serie perturbativa, al metodo del riscalamento complesso per il calcolo delle larghezze di decadimento e al calcolo dei livelli energetici di un qualunque atomo.