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Martedì, 28 Marzo 2017 22:31

Un pensiero abbagliante

Una graphic novel dedicata a Niels Bohr: la leggerezza del genere, si tratta di un fumetto, non deve indurci a pensare che si tratterà di una lettura semplice. Niels Bohr è pur sempre il padre della meccanica quantistica e, visto che Feynman in persona scrive: “credo di poter dire con sicurezza che nessuno capisce la meccanica quantistica”, direi che non possiamo affrontare la lettura di questo testo con leggerezza. In ogni caso, è una fatica che vale la pena di affrontare: pur nella difficoltà dell’argomento trattato, vi capiterà di trovarvi a ridere per le trovate umoristiche dell’autore, come ad esempio quando ci presenta gli infiniti giri di parole con i quali Bohr farcisce le sue lettere o quando descrive la discussione della tesi di laurea, “la più breve discussione che si ricordi…”

I concetti della meccanica quantistica sono spiegati nel modo più semplice possibile, mentre l’intera vicenda viene ambientata nel contesto culturale, politico, storico nel quale si è sviluppata. Durante la lettura, non bisogna dimenticare di prestare grande attenzione ai disegni, che sono parte integrante della narrazione: sono un aiuto non solo per comprendere meglio i concetti, ma anche per fissarli nella memoria, come dimostrato dalla descrizione della differenza tra “incertezza” e “indeterminazione”, parlando del principio di Heisenberg.

La vicenda di Bohr è preceduta da una breve prefazione di Fabio Toscano, che descrive il percorso di Bohr – “il danese mite e gentile” – e la rilevanza delle sue idee rivoluzionarie, e si conclude con alcuni “Racconti accessori”, piccole storielle – sempre in forma di fumetti – tra i quali non si può non citare il celebre aneddoto secondo il quale era stato chiesto a Bohr, a scuola, di “descrivere come determinare l’altezza di un palazzo con un barometro”. Sono poi citate le fonti primarie da cui è stata tratta la storia e c’è un elenco di libri, articoli e siti web per approfondire l’argomento. Pregevole e utile la cronologia che comincia sul finire del 1600 con l’ipotesi ondulatoria della luce di Huygens e quella corpuscolare di Newton, e prosegue fino alla morte di Margrethe, la moglie di Bohr, avvenuta nel 1984.

Pubblicato in Libri
Mercoledì, 30 Dicembre 2015 14:23

Il prisma e il pendolo

TRAMA:

L’elenco dei «dieci esperimenti più belli nella storia della scienza» procede in senso cronologico, percorrendo 2500 anni di scienza e alternando la descrizione dell’esperimento, del contesto e dei protagonisti con un piccolo interludio, alcune pagine nelle quali l’autore analizza il concetto di bellezza nella fisica. La parola chiave del testo, infatti, è proprio “bellezza”.

L’elenco si apre con l’esperimento di Eratostene per la misura della circonferenza terrestre, accompagnato dal saggio “Perché la scienza è bella”: questo esperimento è bello perché ci fa «diventare più consapevoli del nostro posto nell’universo».

Il secondo e il terzo esperimento sono di Galileo Galilei: l’uno riguarda la caduta dei gravi ed è accompagnato dall’interludio “Esperimenti e dimostrazioni”, visto che comincia con la dimostrazione del 2 agosto 1971 realizzato dal Comandante David Scott durante la missione dell’Apollo 15 sul suolo lunare. Il secondo di Galileo è nominato come “esperimento alfa” e riguarda il piano inclinato, grazie al quale è stato introdotto il concetto di accelerazione: «permette a un principio fondamentale della natura di manifestarsi in quello che sembrerebbe dapprima solo un insieme di eventi casuali e caotici». È accompagnato dall’interludio “Il confronto Newton-Beethoven”, grazie al quale si «traccia una relazione elegante fra le scienze e le arti».

Il quarto esperimento è nominato come experimentum crucis, visto che è stato cruciale per la storia della scienza: è la scomposizione della luce tramite i prismi, realizzato da Newton. Il saggio “La scienza distrugge la bellezza?” analizza le reazione dei alcuni poeti e artisti del Settecento, che hanno visto in Newton un nemico che ha «distrutto tutta la poesia dell’arcobaleno, riducendola ai colori del prisma».

Il quinto esperimento è quello di Cavendish, che misura ancora una volta la Terra, ma nella sua densità, realizzando una misurazione che non poté essere migliorata per oltre un secolo. Nell’interludio l’autore riflette sull’idea di scienza che il mondo dell’arte e della cultura ci regalano attraverso gli spettacoli teatrali e i film, presentandoci spesso immagini stereotipate di una scienza fredda e distante.

Il sesto esperimento è la scoperta del carattere ondulatorio della luce dovuto a Young, mentre nell’interludio si riflette sul legame tra “Scienza e metafora”, utile secondo alcuni, fuorviante per altri.

Il settimo esperimento è la dimostrazione della rotazione terrestre grazie al pendolo di Foucault e nell’interludio “La scienza e il sublime”, l’autore sottolinea che «tutti gli esperimenti scientifici hanno un tocco di sublimità, rivelando che la natura è infinitamente più ricca dei concetti e delle procedure con cui ci accostiamo a essa».

L’ottavo esperimento è quello di Millikan, ovvero la scoperta della carica dell’elettrone. L’interludio “La percezione nella scienza” è una riflessione su ciò che gli scienziati riescono a vedere durante le loro ricerche, attraverso una visione che è qualcosa di più di una semplice visione sensoriale.

Il penultimo esperimento riguarda la scoperta del nucleo atomico, che evidenzia le “Capacità artistiche nella scienza” mostrate da Rutherford. L’ultimo esperimento non ha un solo nome a rappresentarlo, trattandosi dell’interferenza quantistica di elettroni singoli. È stato indicato come l’esperimento più bello, forse perché «porta la realtà del mondo quantistico dinanzi ai nostri occhi in modo efficace, economico ed evidente». L’ultimo interludio è dedicato agli “Sconfitti”, ovvero a quegli esperimenti comunque nominati dai lettori, ma che non sono entrati nella rosa dei dieci.

Il libro si conclude con l’esperimento più bello per Crease, ovvero la misurazione del cosiddetto «momento magnetico anomalo del muone» e con la riflessione riguardo il ruolo della passione nella ricerca: forse ci si concentra più sul valore storico-scientifico di una scoperta e si dimenticano le passioni e gli uomini che le hanno vissute. Crease, con il suo libro, colma questo vuoto.

 

COMMENTO:

La progressione cronologica con cui sono presentati gli esperimenti rappresenta anche una progressione di difficoltà, ma l’autore si muove bene in tutti gli ambiti, riuscendo a farci capire ogni aspetto della fisica. Il libro è adatto a tutti e può costituire un’ottima occasione di approfondimento personale, visto che non presenta particolari difficoltà. Dal canto mio, lo userò per introdurre gli argomenti nuovi a scuola o per approfondire le descrizioni degli esperimenti quando li ritrovo nel programma di fisica.

Pubblicato in Libri
Venerdì, 02 Agosto 2013 15:48

Una forza della natura

TRAMA:

«È stata una vita straordinaria, la sua. Nato in una foresta pluviale nella parte più a sud del globo terrestre, Ernest Rutherford era, detto molto semplicemente, un genio. Ha cambiato per sempre il modo in cui vediamo il mondo e noi stessi. È stato il primo a mostrare che gli elementi non sono immutabili: possono trasformarsi in altri elementi, naturalmente, secondo quel processo per il quale usiamo le parole “decadimento radioattivo” e “tempo di dimezzamento”. Ha scoperto la struttura nucleare dell’atomo, dando inizio a un’età “eroica” per la fisica. E ha “fatto l’atomo a pezzi”. Nel 1932 lui e i suoi “ragazzi” furono i primi a farlo, o, più precisamente, furono i primi a frantumare il nucleo dell’atomo e a svelare e liberare forze mai neppure immaginate.»

 

Grazie ad una borsa di studio istituita nel 1851, l’anno dell’Expo londinese, Rutherford – nato il 30 agosto del 1871 in Nuova Zelanda – ottenne, nel 1895, di continuare i suoi studi in Inghilterra. Collaborando con Thomson, si occupò del passaggio di elettricità nei gas. Ovunque gli scienziati stavano trovando, o comunque cercando, gli esperimenti e le teorie matematiche giuste per descrivere e determinare un mondo fino a quel momento inaccessibile all’occhio umano e ai microscopi. Thomson aveva ideato un modello di atomo, il più accreditato durante il primo decennio del XX secolo, ma nuovi esperimenti sembrarono suggerire che l’atomo consistesse principalmente di spazio vuoto.

A Rutherford fu offerta una cattedra di fisica sperimentale a Montreal: qui il fisico avrebbe avuto una posizione di responsabilità e avrebbe potuto dedicare più tempo alla ricerca. Collaborando con Soddy, assistente nel dipartimento di chimica, riuscirono a provare l’ipotesi della disintegrazione atomica come spiegazione della radioattività, dicendo cose mai dette prima, ma l’isolamento coloniale di Montreal rendeva più difficile accettare la rivoluzione di Rutherford a molti. Ottenne il premio Nobel nel 1908, «per le sue ricerche relative alla disintegrazione degli elementi e alla chimica delle sostanze radioattive».

Il 24 maggio del 1907, ebbe finalmente l’occasione di tornare in Europa in via definitiva: a Machester, il laboratorio più importante in Inghilterra dopo il Cavendish, dove ebbe in eredità un team di laboratorio invidiabile.

Rutherford puntava a guardare all’interno dell’atomo, del quale si conoscevano solo gli elettroni, per la cui scoperta era stato insignito del Nobel Thomson nel 1906. All’inizio di dicembre del 1910, Rutherford aveva chiara in mente l’immagine dell’atomo e di quello che nel 1913 battezzò nucleo: intuì che, in proporzione, il nucleo nell’atomo era come una capocchia di spillo al centro della cattedrale di St. Paul. Rutherford espose i suoi risultati in un articolo il 7 marzo del 1911. Il modello fu accolto come uno dei tanti, ma non convinse: appariva instabile e solo Bohr, dopo qualche mese, mostrò come potesse essere stabile. Il modello di Rutherford-Bohr, frutto di esperimenti ispirati e teorie geniali, rappresentava allo stesso tempo una fine e un inizio: l’inizio della fine della fisica da bancone di Rutherford, quella fatta con ceralacca e cordini. La fisica classica, su cui si poteva letteralmente mettere le mani, stava lasciando il passo alle lavagne; i nuovi esperimenti, tesi a “entrare” nel nucleo, avrebbero richiesto macchine gigantesche in grado di accelerare e manipolare le forze e i corpi descritti e dominati per primi da Isaac Newton, Michael Faraday, J.J. Thomson e dallo stesso Rutherford.

La prima guerra mondiale toccò pesantemente i giovani impegnati nel laboratorio di Rutherford: chi morì in azione, chi rimase ferito, chi, come Chadwick venne internato in un campo di prigionia tedesco. Rutherford invece sviluppò ciò che ora chiamiamo sonar.

Nel marzo del 1919, Thomson abbandonò la direzione del Cavendish e Rutherford ottenne il suo posto.

Nel 1920, Rutherford chiamò protone la particella che usciva dal bombardamento dei nuclei di azoto con le particelle alfa.

Nel frattempo, si era aperta una grande competizione internazionale per frantumare l’atomo e farlo esplodere. Erano impegnati: il laboratorio del Cavendish, la Carnegie Institution di Washington, la University of California, l’Institute of Technology di Pasadena e il Kaiser Wilhelm Institute di Berlino.

Il 1932 fu l’anno dei trionfi per il team di Rutherford: Chadwick, scoprì il neutrone e Walton e Cockcroft videro per la prima volta l’atomo fatto a pezzi, con i nuclei di litio, di massa 7, colpiti da un protone, di massa 1, che si disintegravano in due particelle alfa (nuclei di elio), di massa 4. L’atomo di litio era stato spezzato. Nella violenza dell’evento una parte della massa – 0,02 unità di peso atomico – era stata trasformata in energia. Numericamente si trattava della quantità prevista dalla formula E = mc2. L’energia prodotta era uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato. Era la prima prova sperimentale della teoria della relatività di Albert Einstein del 1905.

L’ascesa al potere di Hitler aveva indotto alla fuga millecinquecento scienziati tedeschi, epurati dalle università e dai laboratori: Rutherford spese parecchie energie per trovare un lavoro agli studiosi tedeschi, che lui aveva ribattezzato “gli studiosi erranti”.

Dopo le vittorie conseguite, Rutherford cominciò ad allontanarsi dal Cavendish, prendendosi lunghe pause per stare con i nipoti (avuti dall’unica figlia, morta nel 1930 dando alla luce il quarto figlio): era chiaro che il suo mondo stava cambiando.

Morì il 19 ottobre del 1937, dopo una breve agonia in seguito a una caduta. Le ceneri di Rutherford riposano nell’abbazia di Westminster, vicino alla tomba di sir Isaac Newton.

 

COMMENTO:

Leggendo il libro, si ha a volte l’impressione di sentir tuonare la voce di Rutherford, nei numerosi aneddoti che lo vedono come protagonista, che ci guidano alla scoperta del mondo subatomico. Grande uomo, grande personaggio, di un’intelligenza eccezionale e vivace, è stato anche un grande maestro, perché numerosi furono i suoi collaboratori che vinsero il premio Nobel: Frederick Soddy (chimica, 1921), Niels Bohr (fisica, 1922), Francis William Aston (chimica, 1922), Paul Dirac (fisica, 1933), James Chadwick (fisica, 1935), Georg von Hevesy (chimica, 1943), Otto Hahn (chimica, 1944), Edward Appleton (fisica, 1947), Patrick Blackett (fisica, 1948), John Cockcroft ed Ernest Walton (fisica, 1951), Pyotr Leonidovich Kapitsa (fisica, 1978).

Questo libro ci racconta la sua vicenda personale, le vicende di questi giovani studiosi e, soprattutto, il cammino della fisica nei primi anni del XX secolo, quando è passata da attività da bancone, con semplici esperimenti realizzabili in piccoli laboratori, agli esperimenti con gli acceleratori di particelle.

Il libro è semplice e coinvolgente e chiunque può affrontarne la lettura, pur non avendo conoscenze specifiche.

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