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Lunedì, 10 Aprile 2017 21:33

L'esperimento più bello

Nel maggio del 2002, Robert P. Crease lanciò un sondaggio sulla rivista Physics World, chiedendo ai lettori quale fosse, secondo loro, l’esperimento di fisica più bello realizzato nel corso della storia. Il primo classificato fu l’esperimento della doppia fenditura di Young applicato all’interferenza dei singoli elettroni, realizzato nel 1974 proprio a Bologna. Robert P. Crease usò poi i primi dieci classificati del sondaggio per scrivere un interessante libro sulla bellezza della fisica, “Il prisma e il pendolo”, Giorgio Lulli, invece, amico degli autori dell’esperimento, ha deciso di scrivere il libro in memoria di Pier Giorgio Merli, mancato nel febbraio del 2008.

L’esperimento in questione è il più bello della fisica, perché – usando le parole di Crease – “contiene l’essenza della meccanica quantistica”, “è di importanza strategica”, “è capace di convincere anche il più scettico sui fondamenti della meccanica quantistica” e “è semplice, facile da capire”. La citazione è nel primo capitolo del libro, dedicato a mostrare al lettore dove risieda la bellezza dell’esperimento: “A mio parere questa capacità di rendere evidente il ‘mistero’ della meccanica quantistica, come lo definì Feynman, fa parte del fascino, e dunque della bellezza, dell’esperimento.”

Il secondo capitolo serve per “introdurre, in modo semplice e sostanzialmente privo di matematica, i concetti principali che riguardano le onde e i fenomeni ondulatori.” È l’autore stesso ad invitare i propri lettori a saltarlo nel caso in cui si abbia già familiarità con la fisica delle onde.

Con il terzo capitolo, Giorgio Lulli ripercorre le fasi storiche che hanno portato all’ideazione dell’esperimento: da Newton, con la sua idea di una luce composta da uno sciame di particelle, che si muovono lungo traiettorie rettilinee come fossero proiettili, fino all’esperimento di Young che mostra la natura ondulatoria della luce, per concludere con Einstein, che rimette in gioco quanto apparentemente già dimostrato con l’ipotesi della luce composta da fotoni. Luce come onda o come particella? Nel quarto capitolo, il lettore scopre che non è solo la luce ad avere questa duplice natura, ma anche gli elettroni: dopo Rutherford e Bohr, con i tentativi di descrivere la struttura dell’atomo, De Broglie suggerisce che anche gli elettroni abbiano un comportamento ondulatorio.

Il quinto capitolo descrive, storicamente, la nascita dell’esperimento: durante il Congresso Solvay del 1927, i fisici, riuniti in nome di “Elettroni e fotoni”, discutono un esperimento mentale, proposto da Einstein, che possa far luce sulla meccanica quantistica. L’esperimento sembra irrealizzabile e, nel 1963, Richard Feynman ribadirà questa impossibilità, sottolineando la difficoltà di realizzare delle fenditure che abbiano un’apertura dell’ordine di un nanometro. Nel sesto capitolo, il trionfo della realizzazione a Bologna, nel 1974, ci colpisce con tutta la sua forza. Con poche risorse, ma grande convinzione, Pozzi, Merli e Missiroli riescono in un’impresa ritenuta impossibile. Tra le loro armi, la passione, la curiosità, la grande dedizione all’insegnamento, l’esigneza di perfezionare le apparecchiature in uso e, successivamente, la necessità di comunicare i risultati a un vasto pubblico che li porterà a realizzare un documentario unico nel suo genere.

L’ultimo capitolo è dedicato all’interpretazione dell’esperimento, distinguendo tra i fatti che si possono vedere e misurare durante un esperimento e ciò che il pensiero può elaborare e ripercorrendo “alcuni elementi della animata discussione sulla interpretazione della meccanica quantistica che ebbe luogo tra i fisici attorno alla metà degli anni Venti del secolo scorso e culminò a Bruxelles nel congresso Solvay del 1927”. Nella conclusione di questo percorso, l’autore non dimentica nulla, dal principio di indeterminazione alla complementarietà di Bohr.

 

Il libretto si presta ad una lettura veloce, ma è necessario possedere già alcune nozioni di meccanica quantistica, visto che non è un “testo divulgativo sulla meccanica quantistica”. L’intenzione dell’autore è stata di “seguire un percorso particolare tra idee e vicende scientifiche degli ultimi tre secoli, che hanno come filo conduttore l’esperimento di fisica giudicato ‘più bello’ dai lettori del Physics World”. Le numerose immagini, ricche di esaurienti didascalie, aiutano a focalizzare meglio i concetti e a capire fino in fondo quanto spiegato. La descrizione dell’esperimento non presenta grandi difficoltà: difficile non è capirne le fasi, ma coglierne tutte le implicazioni. Il fatto che l’autore abbia puntato molto sullo sviluppo storico dell’intera vicenda permette di comprendere completamente le implicazioni che la realizzazione dell’esperimento ha portato con sé.

Pubblicato in Libri
Giovedì, 31 Luglio 2014 17:32

I cacciatori di numeri

TRAMA:

Usiamo abitualmente i numeri, senza renderci conto di quanto essi siano carichi di mistero: intrecciati da relazioni strane, con la realtà fisica hanno invisibili legami, che ci permettono di indagare i misteri più oscuri dell’universo. Tutto comincia con Hermann Minkowski, che si guadagna una punizione dal professore di fisica quando afferma che la materia è fatta di numeri. Già Galilei aveva affermato che il libro della natura è scritto con caratteri matematici e Minkowski si impone di decifrare questo libro della natura. Con Hilbert e Sommerfeld sono legati da un “sodalizio di pensiero e di amicizia”, come dimostrano le interminabili passeggiate durante le quali discutono di tutto, dalla filosofia alla poesia, dalla musica alla matematica. E c’è lo zampino di Minkowski quando Hilbert, nel 1900, all’apertura del Secondo Congresso Internazionale di Matematica, fa un discorso nel quale parla di ventitré problemi di portata universale, per stabilire in quale direzione stia andando la matematica. “Chi non sarebbe felice di poter alzare il velo dietro il quale si cela il futuro; gettare lo sguardo sui progressi dell’avvenire della nostra scienza e sui segreti del suo sviluppo nei secoli a venire?” è l’incipit del suo discorso. Tra i vari problemi proposti, alcuni ancora senza soluzione, spicca l’ottavo, il preferito di Hilbert: si tratta dell’ipotesi di Riemann, che, se venisse dimostrata, ci porterebbe a individuare la distribuzione dei numeri primi.

Dopo la pubblicazione dei rivoluzionari articoli di Einstein, allievo di Minkowski, quest’ultimo parla, nel settembre del 1908, a un’assemblea annuale di medici e naturalisti, presentando per la prima volta lo spazio-tempo, ovvero l’universo a quattro dimensioni, in termini puramente matematici. Anche Hilbert e Sommerfeld vedono nello spazio-tempo l’avvenire della fisica e la morte prematura di Minkowski non interrompe il procedere della scoperta: Sommerfeld riprende la conferenza, per migliorarne la presentazione matematica e, nel 1916, riesce a dimostrare che “il cuore della realtà vive di numeri!”, trovando un numero universale che regola la forza elettromagnetica, ovvero la “costante di struttura fine”. La strada percorsa da Sommerfeld viene seguita anche da Herman Weyl, uno dei matematici più influenti del XX secolo, che nel 1919 pubblica un articolo sugli “Annali di fisica” con strane speculazioni su un numero puro che dà il rapporto tra la forza elettromagnetica e quella gravitazionale e da Arthur Eddington, che nel 1931 scatena il caos quando parla del rapporto tra la massa del protone e quella dell’elettrone.

Alla luce di queste costanti, nell’estate del 1951 Einstein si domanda se Dio abbia avuto scelta creando l’universo, ma il fatto che le costanti non possano assumere valori diversi da quelli che hanno assunto lascia pensare che Dio non abbia avuto alcuna scelta, come afferma anche sir Roger Penrose, uno scienziato inglese, quarant’anni dopo. Tutti i numeri “su cui si basa il nostro universo sono dunque comparsi molto prima del primo secondo. Il tutto con precisione allucinante, corrispondente a uno scostamento inferiore al miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo.” L’obiettivo del Cern di Ginevra, negli ultimi anni, è stato proprio quello di indagare gli istanti successivi al Big Bang, grazie all’accelerazione delle particelle fino a una velocità prossima a quella della luce. La ricerca del “bosone di Higgs” porta con sé la convinzione che l’essenza dell’universo sia nel “numero dell’universo”, 10120 bit di informazioni, dove per informazione si intende la realtà numerica che codifica le proprietà dell’universo. In altre parole, non siamo così lontani dalla scuola di Göttingen e dai tre cacciatori.

 

COMMENTO:

Il libro ci presenta una carrellata di matematici: tra coloro che hanno “costruito” il mondo matematico di Hilbert, Minkowski e Sommerfeld, spiccano Riemann, Klein, Cantor e l’ostinazione di Kronecker che ha tentato di ostacolare in tutti i modi il progresso matematico, mentre tra coloro che hanno “fruito” del loro genio, ci sono anche dei fisici: Fermi, Feynman, Ramanujan, Weyl, Gödel, von Neumann.
Il libro tratteggia la storia di centocinquant’anni di matematica e di fisica. La lettura è alla portata di tutti: anche gli aspetti più complessi vengono spiegati con chiarezza, attraverso metafore che ci portano a capire in profondità persino le scoperte più recenti della fisica. Le numerose biografie dei vari personaggi che compaiono aiutano, inoltre, ad alleggerire la lettura e a sentire più vicini i progressi della fisica degli ultimi anni, spesso considerati così lontani.

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