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Giovedì, 18 Maggio 2017 08:11

Quanti amici

Luca e Anna, fratellini di dieci e dodici anni, raggiungono in Toscana la zia Camilla, astrofisica di mestiere, per una breve vacanza prima della ripresa dell’anno scolastico. Le loro domande e la loro curiosità, unite alla passione della zia per la fisica, rendono questo libro un piacevole percorso attraverso la meccanica quantistica. Michela e Spitzy, Elena e Emilio, amici di Camilla, guidano i due ragazzini alla scoperta delle contraddizioni del mondo microscopico: le stranezze della velocità della luce, il vuoto degli atomi, il calcolo delle probabilità, le onde elettromagnetiche, i quanti, l’esperimento della doppia fenditura, l’effetto tunnel, il paradosso di Schrödinger… La meccanica quantistica è presentata in tutte le sue sfaccettature: gli eventi quotidiani offrono l’occasione per parlare di fisica e la curiosità di Luca e Anna fa il resto, visto che con le loro domande portano avanti il discorso da un giorno all’altro.

Quanti amici: già il titolo apre un mondo di possibilità, visto che “quanti amici!” potrebbe essere un’esclamazione che sottolinea la numerosità degli amici di zia Camilla e “quanti amici” potrebbe essere anche un modo per ricordare che i quanti, queste stranezze della fisica quantistica, possono diventare nostri amici. L’autore è veramente molto esperto e, nel guidarci in un percorso non certo facile, usa immagini semplici, ma efficaci, esempi e analogie che chiariscono la realtà ai ragazzini degli ultimi anni delle elementari e, al tempo stesso, offrono ottimi spunti per gli insegnanti, per spiegare la meccanica quantistica anche ai più grandi.

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Lunedì, 01 Maggio 2017 21:38

C'era un gatto che non c'era

La copertina e il formato di questo libretto avrebbero dovuto subito darmi un’idea di leggerezza, a dispetto del sottotitolo “Misteri e meraviglie della fisica quantistica”, eppure per lungo tempo il libro è rimasto “inascoltato” nella mia libreria. Per questo, come prima cosa, mi sento di dire che il fatto che abbia a che fare con la fisica quantistica non deve allontanare il lettore, anzi. L’autrice tratta in modo divertente e semplice i misteri della fisica quantistica e, al termine di ogni capitoletto, ci offre gli “appunti della vostra inviata” per rimettere insieme le idee prima di partire con il capitolo successivo.

La vicenda si svolge a Oxford, al 23 di Northmoor Road, dove Schrödinger visse con la moglie dal 1934 al 1936. Proprio tra queste mura nacque l’idea del famoso gatto di Schrödinger ed è per questo che qui vive un gatto, “un bellissimo tabby tigrato tra il nocciola e il marrone scuro, con il naso mezzo rosa e mezzo bruno e le labbra tutte rosa”, discendente del famoso gatto dell’esperimento mentale in questione. La giornalista, appassionata di gatti, lo incontra con un misto di impazienza e timore: da un lato, l’argomento non è certo semplice, dall’altra… riuscirà a trattenersi dal coccolare il gatto, vista la sua grande passione per i felini?

Il gatto comincia il suo racconto partendo proprio dall’inizio, da quella catastrofe che ha a che fare con la radiazione del corpo nero, che per essere risolta ha avuto bisogno di un’idea completamente fuori dagli schemi, i quanti. Un passo alla volta, il gatto ci racconta i misteri di questa branca della fisica, non solo difficile (tanto che Feynman stesso ci sottolinea l’impossibilità di capirla pienamente) ma anche affascinante, mentre i singoli protagonisti, con le loro manie e le loro vicende personali, ci accompagnano in questo percorso.

Storia e filosofia sono parte integrante di questa fisica così lontana da noi e quindi così difficile da capire: persino lo stesso Einstein ha cercato di smontarla ribadendo che “Dio non gioca a dadi con l’universo”. Un finale inaspettato ci attende al termine: un modo per smascherare i nostri pregiudizi e, al tempo stesso, per ricordarci che l’inaspettato è dietro l’angolo, nella fisica come nella vita quotidiana.

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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.

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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.

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Venerdì, 10 Luglio 2015 21:29

Sette brevi lezioni di fisica

TRAMA:

Sette lezioni “scritte per chi la scienza moderna non la conosce o la conosce poco”: sono l’espansione di una serie di articoli pubblicati per un supplemento del Sole24Ore e offrono una “carrellata su alcuni degli aspetti più rilevanti e affascinanti della grande rivoluzione che è avvenuta nella fisica del XX secolo”.

La protagonista della prima lezione è la relatività generale: per comprenderla è richiesto “un percorso di apprendistato. Ma il premio è la pura bellezza. E non solo: anche l’aprirsi ai nostri occhi di uno sguardo nuovo sul mondo.”
La seconda lezione è dedicata al secondo pilastro della fisica del Novecento: la meccanica quantistica. Rafforzata da grandi successi sperimentali, la meccanica quantistica ha fatto nascere applicazioni che hanno cambiato la nostra quotidianità, ma resta ancora avvolta nel mistero.
La terza lezione è dedicata al cosmo, il cui studio è stato costruito nella seconda metà del XX secolo a partire dalle fondamenta date da Einstein e dalla meccanica quantistica.
Le particelle della quarta lezione sono i componenti di tutto ciò che si muove nello spazio attorno a noi. Il movimento e la natura delle particelle sono descritti dalla meccanica quantistica, come “minuscole ondine che corrono”, spariscono e ricompaiono “secondo le strane regole della meccanica quantistica”.
La quinta lezione è dedicata alla gravità quantistica: partendo dal presupposto che relatività generale e meccanica quantistica non possano essere entrambe giuste, anche se funzionano bene, perché – nella loro forma attuale – si contraddicono l’un l’altra, per dirimere la questione ci si è indirizzati verso la gravità quantistica. L’idea di fondo è semplice, ma il fatto che le sue equazioni non contengano più la variabile “tempo” ci porta ancora più lontani da tutto quello che ci è familiare.
Il tema della sesta lezione è il calore, nella sua relazione con la probabilità, il tempo e i buchi neri. Sappiamo che una sostanza è più calda di un’altra quando i suoi atomi si muovono più veloci e che il calore fluisce dalle cose calde alle cose fredde. Il tempo è legato al calore, perché proprio il fluire dal caldo al freddo può fare la differenza tra presente e passato.

La “fotografia della realtà” che l’autore ha provato a comporre si conclude con gli esseri umani e il loro ruolo in questo “affresco del mondo” offerto dalla fisica contemporanea. Siamo non solo gli autori della fisica, ma ne siamo anche parte integrante: siamo situati all’interno del mondo che la fisica prova a descrivere. Lo studio della fisica non è lontano dalle passioni e dalle emozioni che dominano la nostra vita: “Noi siamo fatti della stessa polvere di stelle di cui sono fatte le cose e sia quando siamo immersi nel dolore sia quando ridiamo e risplende la gioia non facciamo che essere quello che non possiamo che essere: una parte del nostro mondo”.

 

COMMENTO:

Un libro accessibile a tutti, nonostante la complessità degli argomenti trattati. Carlo Rovelli è molto bravo a guidarci in questo percorso e a farci capire in quale direzione si stiano muovendo le attuali ricerche. La fisica è una sfida per la conoscenza e, al tempo stesso, è il nostro modo di rappresentarci la realtà e di rispondere alle domande che costellano la nostra esistenza.

“Qui, sul bordo di quello che sappiamo, a contatto con l’oceano di quanto non sappiamo, brillano il mistero del mondo, la bellezza del mondo, e ci lasciano senza fiato.”

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Giovedì, 19 Giugno 2014 21:02

Copenaghen

TRAMA:

Nel settembre del 1941, Heisenberg si reca in Danimarca, a Copenaghen, per incontrare il suo mentore, Niels Bohr. Su ciò che Heisenberg sperava di ricavare dall’incontro, su ciò che si sono detti e su come sia avvenuto l’incontro, sono state avanzate congetture di tutti i tipi. Solo nel 1947, Heisenberg ebbe la possibilità di tornare a trovare l’amico, forse per trovare una versione comune del loro primo incontro. Ma questo secondo incontro non fece che sancire ciò che di fatto era già chiaro: i due famosi fisici avevano perso la loro amicizia. Il testo teatrale di Michael Frayn parte dall’incontro del 1941, ma, allontanandosi dai dati storici, suppone che tutte le persone siano ormai morte e che discutano ulteriormente la questione, forse per arrivare a una comprensione migliore di ciò che è successo.

Frayn ha compiuto una vera e propria analisi storica, come dimostrano i due post scriptum al termine del testo: Heisenberg era un nazista e voleva in qualche modo coinvolgere nelle sue attività Bohr, magari estorcendogli informazioni importanti, soprattutto riguardanti il livello raggiunto dalla ricerca oltreoceano? Oppure voleva prendere le distanze dai nazisti, evitando però di farsi riconoscere come un traditore?

L’incontro viene rivissuto, per ben tre volte, alla ricerca di una verità, che non può che restare indeterminata, perché “tutti noi con il passare del tempo riorganizziamo i nostri ricordi, consciamente o inconsciamente”. Persino la pubblicazione delle trascrizioni di Farm Hall, dove Heisenberg era stato rinchiuso con gli altri scienziati tedeschi, non ha contribuito a rendere più chiaro il ruolo dello scienziato nella costruzione delle armi atomiche e i vari storici interpretano in modo diverso le sue parole.

Nel corso della prima ricostruzione, Heisenberg e Bohr escono per proseguire la loro chiacchierata in tranquillità e rientrano dopo solo dieci minuti: Bohr è arrabbiato e Heisenberg se ne va in tutta fretta. Bohr continua a parlare con la moglie Margrethe, per cercare di capire cosa sia realmente successo. Pare che Heisenberg abbia chiesto se come fisico aveva il diritto morale di lavorare allo sfruttamento pratico dell’energia atomica. Bohr ne dedusse immediatamente che Heisenberg ci stava lavorando e che stava cercando di fornire a Hitler armi nucleari.

Ripartono per una nuova simulazione, con più calma: per Margrethe, Heisenberg cercava l’assoluzione di Bohr, ma alla fine colui che ha partecipato al programma per la costruzione della bomba è stato Bohr, in America ed è Heisenberg allora che punta il dito, chiedendosi se ci sia mai stato uno, all’interno del programma, che si sia soffermato almeno un attimo a riflettere su quello che stavano facendo.

L’inizio del secondo atto si apre con la terza e ultima rievocazione. Insieme tentano di capire, ma la rievocazione si perde nei ricordi. I due fisici ricostruiscono il percorso della fisica di quegli anni, in particolare i tre anni, dal 1924 al 1927, durante i quali si ottiene l’interpretazione di Copenaghen. Forse alla fine fu un bene se Bohr lasciò Heisenberg nell’indeterminazione, senza una risposta alla sua domanda: non avendo un’indicazione di come comportarsi, non avendo alcuna conferma da parte di Bohr, Heisenberg non agì e fece tutta una serie di omissioni, consapevoli o meno, che determinarono l’insuccesso del programma atomico tedesco.

 

COMMENTO:

Leggere un testo teatrale non è sempre facile: meglio sarebbe assistere alla rappresentazione, perciò ho cercato su youtube e, quando ho riletto il libro la seconda volta, ho seguito sul libro le battute degli attori. Alla seconda lettura ho anche scelto di partire dai post scriptum di Frayn per capire meglio il testo e, in effetti, ha aiutato: conoscere il contesto storico, conoscere fino in fondo i fatti che erano solo accennati nello spettacolo ha davvero aiutato a comprendere meglio. Copenaghen aiuta ad addentrarsi negli sviluppi della fisica moderna, a conoscere più direttamente alcuni dei fisici coinvolti e ad avere un’altra prospettiva anche su alcuni fatti della seconda guerra mondiale.

 

 

“Adesso siamo tutti morti e sepolti, certo, e il mondo di me ricorda soltanto due cose. Una è il principio di indeterminazione, e l’altra è la mia misteriosa visita a Niels Bohr a Copenaghen, nel 1941. L’indeterminazione la capiscono tutti. O credono di capirla. Nessuno capisce il mio viaggio a Copenaghen.”

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