Premi Nobel per la fisica

Offerta Speciale - Pacchetto Premi Nobel per la fisica. Di Renzo Editore promuove cinque titoli della collana I Dialoghi scritti da cinque premi nobel per la fisica in un unico pacchetto ad un prezzo speciale.

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L'universo affascinante

La futura rivoluzione nella fisica

David J. Gross

Collana: I Dialoghi

ISBN: 9788883231546

Anno Edizione: 2006

Pagine: 80

Prezzo: 9.50 €

Note: traduzione di Fiorella Operto

Il progresso della scienza è molto più complicato e incerto di quanto sia descritto nei libri, soprattutto per la fisica teorica, perché la storia è scritta dai vincitori che spesso ignorano i molti sentieri alternativi che i ricercatori hanno percorso, le molte tesi errate che hanno seguito e le idee sbagliate che hanno coltivato, più ardui da comprendere e più facili da dimenticare. Leggendo la storia, raramente si può avere un’idea corretta della vera natura dei progressi scientifici: David J. Gross ci racconta tutto questo nell’incredibile parabola che lo ha portato alla scoperta della libertà asintotica nella cromodinamica quantistica.

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Il mistero della superfluidità

Anthony J. Leggett

Collana: I Dialoghi

ISBN: 9788883232251

Anno Edizione: 2009

Pagine: 57

Prezzo: 10.00 €

La superconduttività e la superfluidità sono fenomeni la cui comprensione è stata estremamente difficile, e i ricercatori hanno impiegato vari anni prima di arrivare a una conclusione. Rispetto alla normale descrizione della materia, essi richiedono un tipo di visione nuova e originale, ed è stato proprio questo l’apporto scientifico di Anthony J. Leggett, Premio Nobel per la fisica nel 2003 proprio per i suoi contributi alla teoria dei superfluidi e dei superconduttori. Grazie al suo lavoro, molti problemi sono stati compresi, ma molti sono ancora aperti, come la superconduttività ad alta temperatura che rappresenta tuttora una sfida scientifica aperta.

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L'origine dell'universo

Un segnale che ha cambiato la visione del mondo

Arno Penzias

Collana: I Dialoghi

ISBN: 9788883231430

Anno Edizione: 2006

Pagine: 88

Prezzo: 10.00 €

“Essere stato insignito del Premio Nobel è stato importante perché, fra gli altri aspetti, è stata per me l’occasione per incontrare molte persone interessanti. Ma ha avuto anche altri effetti e, tra questi, che la gente parla con me, ma in realtà vuole parlare con un Premio Nobel.” Con questa riflessione, Arno Penzias, che ha diretto per 15 anni i Laboratori Bell, lavorando a progetti pionieristici, tra i quali le comunicazioni satellitari e le fibre ottiche, ed è stato vincitore della massima onorificenza cui uno scienziato possa aspirare, inizia il racconto della sua storia. Figlio di profughi tedeschi, partendo da quel Premio Nobel, guadagnato per la scoperta della radiazione cosmica di fondo, Penzias ha esplorato campi diversi ed è ora un brillante consulente di aziende innovative della Silicon Valley. Una storia esemplare che ci insegna a perseguire i nostri obiettivi.

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Tante domande, qualche risposta

Cinquant'anni di fisica delle particelle elementari

Martin L. Perl

Collana: I Dialoghi

ISBN: 9788883231597

Anno Edizione: 2006

Pagine: 104

Prezzo: 11.00 €

Da oltre cinquant’anni Martin Perl conduce ricerche sperimentali nel campo della fisica delle particelle elementari, la scienza che studia la natura primaria della materia, dell’energia e delle forze, che investiga il mondo subatomico. In questi cinquant’anni si è accumulato un sapere enorme e molte domande hanno trovato risposta. Ma non tutte, anche perché la conoscenza acquisita finora ne ha sollevato di nuove. In questo libro Perl ci illustra le risposte finora ottenute nella fisica delle particelle elementari, le domande che ci si continua a porre e in che modo viene condotta la ricerca in questo campo della fisica.

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La musica del vuoto

Indagine sulla natura della materia

Frank Wilczek

Collana: I Dialoghi

ISBN: 9788883231643

Anno Edizione: 2007

Pagine: 108

Prezzo: 12.00 €

I pattern delle onde che descrivono i protoni, i neutroni e tutti i loro parenti ricordano le vibrazioni di strumenti musicali, e in effetti le equazioni matematiche che governano questi due domini, superficialmente molto diversi, sono in realtà molto simili. Quest’analogia musicale risale alla preistoria della scienza: già Pitagora scoprì che le note armoniose sono quelle suonate da corde le cui lunghezze sono in una semplice relazione numerica, mentre Keplero trascorse anni in tediosi calcoli ed erronee ipotesi alla ricerca dell’armonia nascosta dell’universo. Wilczek riprende questa metafora nella descrizione della realtà delle masse parlando di “musica del vuoto”, moderna espressione dell’antica, inafferrabile e mistica musica delle sfere.

Spazio-Tempo di Ignazio Licata

L’indagine newtoniana comincia con lo studio del moto dei corpi. Storicamente era stata preceduta dai grandi risultati galileiani di cinematica, con lo studio della forma geometrica dei vari tipi di moto, ma spetta a Newton il merito di aver intuito che la costruzione di una dinamica, cioè di una teoria che collegasse il moto delle particelle con l’azione delle forze, implicava necessariamente una definizione dello sfondo rispetto al quale studiare i fenomeni meccanici, ossia una concezione dello spazio e del tempo. Questo avrebbe poi permesso di formulare tre domande cruciali: dove mi muovo? (problema del sistema di riferimento), come mi muovo? (problema cinematico della geometria del moto), perché un oggetto si muove? (Problema dinamico della relazione tra moto della particella ed ambiente circostante o delle cause del moto).

Newton distingue tra uno spazio assoluto, per sua natura senza rapporto con alcunché di esterno ... uguale ed immobile ed uno spazio relativo, dimensione mobile o misura degli spazi assoluti, che i nostri sensi determinano in base alla sua posizione rispetto ai corpi. Analogamente introduce un tempo assoluto, vero, matematico, in sé e per sua natura fluisce uniformemente senza rapporto con alcun ché di esterno e viene chiamato anche durata ed un tempo relativo, apparente, comune, misura sensibile ed esterna, precisa o ineguale della durata per mezzo di movimento.

Quindi per Newton l’estensione spaziotemporale ha una sua realtà oggettiva, spazio e tempo assoluti sono enti dotati di una realtà fisica fondamentale e la loro esistenza è indipendente da quella della materia ordinaria. Spazio e tempo relativi sono invece mere convenzioni linguistiche per esprimere il mutare delle cose ed il moto degli oggetti. Relazioni tra cose materiali, come diceva il contemporaneo Leibniz.

Una posizione relazionale a proposito del tempo è anche quella di Sant'Agostino, espressa nel celebre passo delle Confessioni:

“Che cos’è dunque il tempo? Se nessuno me lo domanda, lo so. Se devo spiegarlo a qualcuno non lo so. Nondimeno so che, se nulla passasse, non vi sarebbe un tempo passato e, se nulla cambiasse, non vi sarebbe un tempo presente”.

Secondo la concezione relazionale dello spazio e del tempo, questi altro non sono che un teatro di coordinate, parametri matematici per descrivere il divenire della materia. Questa è ancora oggi la posizione dominante tra i fisici e viene espressa solitamente nel linguaggio della epistemologia operativa di P. W. Bridgmann (1927), secondo la quale una grandezza fisica è definita dall’insieme di operazioni atte a misurarla. Dunque, spazio è una nozione connessa alla convenzione scelta per misurare le lunghezze fisiche concrete degli oggetti, e tempo altro non è che la sequenza ordinata scandita da quel particolare sistema fisico periodico scelto convenzionalmente come orologio. Pur non senza ripensamenti, Einstein scriveva nel 1952:

“…lo spazio-tempo non è di necessità qualcosa a cui si possa attribuire un esistenza separata, indipendente dagli oggetti della realtà fisica”.

Secondo la moderna e più diffusa visione, dunque, introducendo uno spazio ed un tempo assoluti, Newton sarebbe entrato in contraddizione con le sue stesse Regole per ragionare in filosofia, esposte nel III Libro dei Principia, laddove dice che :

“non dobbiamo ammettere altre cause delle cose naturali se non quelle tali che sono tanto vere quanto sufficienti per spiegarne le apparenze”.   

E cosa sembra esserci di più superfluo di uno spazio assoluto, uniforme ed indifferenziato, per rispondere alla prima delle domande chiave: dove mi muovo? E' chiaro che per descrivere il moto di un corpo è necessario riferirsi ad un altro corpo di riferimento. Dunque lo spazio relativo basta e sopravanza. Questa, in sintesi, fu poi la critica che Mach mosse a Newton duecento anni dopo, scrivendo La meccanica nel suo sviluppo storico-critico (1883), inaugurando il nostro attuale modo di leggere Newton. In realtà il solitario pensatore del Trinity College aveva dei buoni motivi di ordine fisico per mettere spazio e tempo assoluti alla base del suo sistema di filosofia naturale e li troviamo proprio nelle Regole sopracitate:
            
 “…dobbiamo, per quanto è possibile, assegnare agli stessi effetti naturali le stesse cause” e “La qualità dei corpi ... che troviamo appartenere a tutti i corpi entro il raggio d’azione dei nostri esperimenti, debbono venir considerate qualità universali di qualunque corpo”; inoltre ... dobbiamo considerare le proposizioni raccolte per induzione generale dai fenomeni come precisamente vere o molto vicine ad esserlo”.

In linguaggio moderno vediamo come in questi passi Newton pone e risolve con chiarezza due problemi fondazionali di delicata ed estrema importanza per la fisica: quello dell’isotropia ed omogeneità dello spazio e del tempo rispetto alle leggi fisiche ed alle proprietà dei corpi e quello, collegato, dell’induzione.

Utilizzando un tessuto assoluto ed uniforme come teatro degli eventi fisici, Newton assicura una solida argomentazione in favore dell’idea che una legge o una proprietà fisica, proprio perché lo spazio è uguale in ogni direzione (isotropia) ed in ogni punto (omogeneità), ha valore universale. Lo stesso dicasi per l’omogeneità degli istanti del tempo. Questo, in definitiva, giustifica l’uso dell’induzione nella ricerca fisica.
Possiamo concepire il concetto stesso di legge fisica proprio perché traiamo dall’esperienza questo postulato di invarianza delle leggi fisiche rispetto all’uniformità del tessuto spaziotemporale. Naturalmente, aggiunge prudentemente Newton, entro il raggio d’azione dei nostri esperimenti.

Prevenendo la critica di Hume (1739) su cosa in definitiva ci assicuri che, in date condizioni, a certe cause sarebbero seguiti sempre gli stessi effetti, Newton risponde con un postulato sulle simmetrie fondamentali dello spazio e del tempo.

Certamente un passo audace, preparato però dalle idee di Copernico, Bruno, Keplero e Galilei, che avevano progressivamente minato la vecchia concezione di una distinzione tra fisica terrestre e fisica celeste, fondata su una sostanziale diversità tra leggi e proprietà delle sfere celesti e del mondo sublunare Una legge fisica non è tanto più vera ed universale quante più volte la verifico (concezione ingenua dell’induzione, detta dai logici da molti a tutti), ma la postuliamo universalmente vera in virtù della assoluta uniformità dello spazio e del tempo.

La regola d’induzione usata dai fisici è del tipo da uno a tutti ed è concettualmente sostenuta dall’assioma di invarianza così chiaramente espresso da Newton. Come egli dice, dobbiamo dunque considerare precisamente vere o molto vicine ad esserlo le asserzioni raccolte per induzione generale. In altre parole possiamo ragionevolmente confidare che la misura delle proprietà di una particella daranno lo stesso risultato al CERN come a Novosibirsk, sia che la particella venga prodotta in laboratorio sia che venga rivelata in uno sciame di raggi cosmici. Dunque, stessi oggetti, nelle stesse condizioni, produrranno gli stessi comportamenti. Vedremo poi la delicata problematicità delle condizioni quando parleremo del determinismo.

Tratto da "Osservando la sfinge" di Ignazio Licata - Di Renzo Editore

Musica per i propri occhi

Le stelle emettono delle onde radio che molti indicano come musica, in realtà queste onde radio possono essere paragonate a rumore. Il sole per esempio varia da fruscii a quel fastidioso rumore emesso dalla radio quando è sintonizzata male. Le pulsar invece emettono un rumore come se qualcuno battesse ritmicamente, quindi non si può parlare proprio di musica dei pianeti. A confermarlo è Margherita Hack presente al Festival delle Scienze di Roma.

Che i pianeti e le stelle emettessero musica è un concetto molto antico che cercava di interpretare i movimenti dei corpi celesti come musica non udibile. Pitagora elaborò una sua teoria metà mistica e metà matematica, invece Keplero ne teorizzò una connessa tra geometria, cosmologia e armonia che utilizzò per il suo libro Harmonice Mundi.

Nel lavoro Keplero illustra l'armonia e la congruenza in forme geometriche e fenomeni fisici. La sezione finale del lavoro riguarda la sua scoperta della cosiddetta "legge terza" del movimento planetario. Keplero divide l'armonia del mondo in cinque capitoli lunghi: il primo è sui poligoni regolari; il secondo è la congruenza delle cifre; la terza è l'origine delle proporzioni armoniche nella musica; la quarta è su configurazioni armoniche in astrologia; e la quinta per l'armonia dei movimenti dei pianeti.

Peccati di stelle

E' normalissimo che ad ogni fine anno si parli di "oroscopo" e di stelle in maniera poco scientifica. A ribadirlo per l'ennesima volta è Margherita Hack "Solo chi non sa nulla delle stelle può credere agli oroscopi. L’astrologia è pura superstizione". A sostenere l'astronoma di casa nostra è una numerosa schiera di scienziati mondiali che prendono le difese delle stelle. Cosa spinge l'uomo a credere che le stelle sappiano qualcosa di noi? Forse è solo un diversivo, un modo per distrarci e per sperare in un anno migliore? Tutti gli scienziati sono contro gli oroscopi o magari c'è qualcuno che mentre fa colazione da una sbirciatina veloce al giornale per sapere come andrà la giornata?

Sembra che uno dei più grandi scienziati e forse il padre della moderna astronomia leggesse gli oroscopi. Galileo Galilei che viene celebrato proprio nell'anno che sta finendo, sembra facesse l’oroscopo per se stesso e poi ne preparava a pagamento per gli altri e il più famoso lo fece al granduca di Toscana Ferdinando I de' Medici, sbagliando decisamente. Ma non era il solo. Keplero, che apparve molto più interessato di Galileo all’astrologia, ebbe il grande merito di credere alle osservazioni delle posizioni dei pianeti, fatte dal suo maestro Tycho Brahe.

Facciamo Fest!!

Prenderà il via il 16 aprile a Trieste la seconda edizione del Fest, fiera internazionale dell’editoria scientifica. Libri e riviste a tema scientifico. Una fiera ricca di mostre e laboratori didattici che avranno l'intento di avvicinare i giovani alla scienza. Tra gli oltre 300 ospiti e relatori saranno presenti Nicolas Witkowski ,Piero Angela, Edoardo Boncinelli, Giulio Giorello, Piergiorgio Odifreddi, e Margherita Hack. Di Renzo Editore sarà presente alla fiera presso lo Stand 8 e presenterà:

Il mio zoo sotto le stelle di Margherita Hack e Bianca Pauluzzi. Oltre all’astrofisica, Margherita Hack nasconde una passione, quella per gli animali e ci presenta qui un’insolita biografia, attraverso i cani e i gatti che l’hanno accompagnata nella vita e nelle ricerche, sensibilizzandoci al rispetto della natura e dell’ambiente che ci circonda.

La musica del vuoto - Indagine sulla natura della materia di Frank Wilczek, fisico teorico statunitense, Premio Nobel per la Fisica, ci descrive la realtà delle masse riprendendo la metafora di Keplero e parlando di “musica del vuoto”, moderna espressione dell’antica, inafferrabile e mistica musica delle sfere.

L’interprete - Come il cervello decodifica il mondo di Michael Gazzaniga, docente di psicologia, grande divulgatore di argomenti relativi al cervello, il primo a creare e sviluppare centri di neuroscienze cognitive, ci racconta come la mente non sia un buco nero, ma una scatola nera, che può e deve essere interpretata e compresa.

Se si può, si deve?

Tutto Libri, la Stampa, sabato 5 maggio 2007, pag. VIII

Ma la formula della verità non c'è

di Piero Bianucci

La scienza è un'isola che si espande nell'oceano dell'ignoto. La sua superficie cresce continuamente, ma insieme si allunga la linea della costa, cioè il confine con il mistero. Non basta. Forse l'isola della scienza è un atollo: la sua espansione comporta l'allargamento del mare interno. Cioè l'incertezza sui fondamenti filosofici del sapere. Einstein provocatoriamente si domandava se la Luna esistesse anche quando non la guardiamo e dava per scontata la risposta affermativa. Oggi quel sano realismo appare meno sano. La scienza studia la realtà o i nostri modelli mentali? Dove passa il confine tra realtà e conoscenza? Il tema della Fiera del Libro 2007, visto con la lente della scienza, si offre a molti approcci. Scegliamone sette e partiamo dal più concreto.
Confini di mercato. Con 10 milioni di copie, Dal big bang ai buchi neri di Stephen Hawking (Bantam Press 1988, edito in Italia da Rizzoli, ora nella Bur) segna il confine del maggior best seller scientifico. Riflessione e viatico per proseguire la lettura: il libro più venduto spesso è il meno compreso.
Confini superati. Thomas Kuhn, filosofo della scienza, ha introdotto la distinzione tra «scienza rivoluzionaria» e «scienza normale». La prima supera i confini acquisiti e instaura paradigmi nuovi spazzando via le concezioni dominanti. È successo quando Copernico tolse la Terra dal centro dell'universo o Einstein la teoria della relatività. È successo con la meccanica dei quanti e con la doppia elica del Dna. Tra le fasi rivoluzionarie si inseriscono ricerche di «scienza normale» entro il paradigma comunemente accettato, fino a quando affiora qualche punto debole che porta alla crisi e apre la via al paradigma successivo. Il libro-cardine di Kuhn, La struttura delle rivoluzioni scientifiche, risale al 1962. In Italia arriva con Einaudi 17 anni dopo. Ancora oggi è una bussola per orientarsi nella storia della scienza.
Confini come limite. Solo una scienza ingenua può aspirare alla Verità (a parte la matematica, che però si muove tra concetti da essa stessa creati, in un mondo tutto suo). Nel metodo scientifico - osservazione, ipotesi, esperimento l'obiettivo non è la Verità ma la verificabilità. La corrente filosofica dell'empirismo logico distingue poi tra verificabilità forte, capace di asserzioni universali, e verificabilità debole, riferita a fatti empirici ma tale da consentire la previsione di altri fenomeni.Anche questo criterio però è sembrato troppo muscolare a Karl Popper, che al principio di verificabilità ha sostituito il principio di falsificazione: una tesi scientifica è tale solo se si può provare che è falsa. In sostanza, è impossibile arrivare a conclusioni di valore universale partendo da un numero finito - per quanto grande - di conferme particolari, mentre una sola smentita è sufficiente a dimostrarne la falsità. La logica della scoperta scientifica, testo base del pensiero di Popper, portato in Italia dall'editore Einaudi, risale al 1934. Lo stesso anno in cui il matematico Bruno de Finetti lavora al saggio L'invenzione della verità, sorprendente inedito pubblicato pochi mesi fa da Raffaello Cortina con una introduzione di Giulio Giorello. Da allora la filosofia della scienza ha fatto molta strada. Ma non è detto che sia andata più lontano.
Confini raggiunti. Pur con tutta la cautela di Kuhn e di Popper, la scienza vanta una lunga serie di confini raggiunti. Galilei e Keplero hanno integrato Copernico, Newton ha dato pilastri matematici alla visione copernicana, Einstein ha incluso la concezione di Newton come un caso particolare nella teoria della relatività. Su un altro fronte, Darwin ha fondato l'evoluzione biologica: integrazioni e precisazioni venute in tempi recenti non fanno che rendere ancora più potente l'intuizione del grande naturalista inglese. Rimangono dunque da leggere capolavori del pensiero (e spesso anche della scrittura) come il Dialogo dei massimi sistemi di Galilei, L'origine delle specie di Darwin e l'esposizione divulgativa della relatività scritta dallo stesso Einstein.
Confini cancellati. Fisica nucleare e cosmologia hanno abolito il confine tra estremamente piccolo ed estremamente grande. Non si può capire l'universo - la sua nascita, l'espansione, il destino finale - senza capire le particelle elementari. Per convincersene basta leggere La musica del Big Bang di Amedeo Balbi, appena uscito da Springer. Balbi ha lavorato a Berkeley con George Smoot (Nobel 2006) e prepara la missione spaziale europea «Planck» che darà gli ultimi ritocchi al quadro delle origini cosmiche.
Confini dell'ignoto. L'universo osservato è solo il 5 per cento di ciò che esiste: da pochi anni gli scienziati sanno che il resto è formato da materia ed energia oscure. L'ultima sfida è comprenderne la natura. Siamo sulla battigia dell'isola, sull’attuale confine dell'ignoto. Ce lo spiegano tre libri affascinanti: L'universo strano di Tom Siegfried (Dedalo), La teoria del quasi tutto di Robert Oerter (Codice) e Oltre l'apparenza del mondo di Stephen Webb (Bollati Boringhieri).
Confini etici. Prima la fisica, poi la chimica e la biologia hanno messo gli scienziati di fronte a responsabilità enormi. Distruggere la Terra e manipolare la vita oggi sono cose a portata di mano. La frontiera dell'etica incrocia quella della conoscenza. Sarà il confronto culturale dei prossimi anni. Molti ricercatori (non tutti) lo sanno. Di Roald Hoffmann, premio Nobel per la chimica, la Di Renzo Editore ha appena pubblicato Se si può, si deve?, testo teatrale che discute la responsabilità degli scienziati. È la storia di un chimico che si uccide dopo aver appreso che un gruppo di terroristi ha utilizzato una neurotossina di sua invenzione. Nel 1962 Dürrenmatt ci presentava il senso di colpa dei fisici ideatori della bomba atomica. Ora entrano in scena chimici, biologi, genetisti. I confini tra epica e scienza sono i più mobili.