Fisica, Fisica Quantistica, Relatività, Scienza Dilettantistica

Fisico autodidatta? – terza parte

La volta scorsa abbiamo messo le basi e fatto qualche piccola considerazione sullo studio della Fisica Moderna. Questa volta vediamo di capire quali sono i temi dei due pilastri delle Fisica Teorica Moderna che ci permetteranno, come ho già accennato, di spaziare questa volta orizzontalmente nei più disparati campi toccati dalla fisica. Ovviamente sto parlando della Meccanica Quantistica e della Fisica Relativistica intesa in questo caso più come Relatività Generale con le sue implicazioni nella teoria della Gravitazione.

Facciamo quindi un breve riassunto sugli strumenti fisico-matematici che abbiamo in mano. Siamo passati dalle basi dell’analisi matematica col calcolo differenziale ed integrale in una variabile reale per passare allo studio in più variabili reali e alle nozioni di base sulla varietà differenziabi e alla fine siamo passati allo studio di calcolo integrale in più variabili per aggiungere poi alcune nozioni di equazioni differenziali ordinarie. A tutta questa base di Analisi Matematica va aggiunta una base solida di geometria per gli spazi a dimensione finita, comprese anche le nozioni di base di algebra lineare. Con in mano questo nozioni di base o avanzante di matematica, abbiamo aggredito la Meccanica Razionale che coi suoi metodi matematici rigorosi ci ha fatto vedere un fisica più matematica col formalismo Lagrangiano e quello Hemiltoniano. Tutto questo ovviamente dando per scontate le basi costruite da quei temi propri dei corsi di Fisica I e II, almeno nella loro comprensione fisica.

Detto questo non voglio che pensiate che per comprendere quanto meno i concetti spiegati dalla Meccanica Quantistica e le teorie della Relatività (speciale e generale) di Einstein sia assolutamente necessario comprendere fino in fondo tutta la matematica necessaria per poi utilizzare queste teorie per comprendere l’universo. Quello che però non è evitabile è quanto meno una loro lettura superficiale necessaria per capire i passaggi e costruirsi un “racconto a parole” che districhi i concetti con una logica più o meno lineare, spiegabile anche a Vostra nonna ;-).

Quali concetti incontriamo nello studiare le teoria relativistiche di Einstein?

Il nostro sistema Terra-Luna visto con la Relatività einstaniana

Il nostro sistema Terra-Luna visto con la Relatività einstaniana

La teoria Speciale della Relatività va a toccare due corde fondamentali per la comprensione dell’universo e cioè i concetti di Tempo e Spazio, che vengono rivisti partendo dalle basi galineane e newtoniane e riviste attraverso la definizione dell’inesistenza dell’etere e della costanza della Velocità della Luce. Ne parlerò fra qualche tempo in alcuni post dedicati. La teoria Generale della Relatività invece ha esteso le considerazioni di Spazio e Tempo einsteniani alla gravità estendendo quindi il raggio d’azione delle idee relativistiche all’intero cosmo che come sappiamo è generato e orchestrato dalle interazioni gravitazionali. Due testi che possono essere presi in considerazione per una prima trattazione rigorosa (in italiano) sono Manuale di Relatività Ristretta e Relatività generale e teoria della gravitazione entrambi scritti dal prof. Gasperini dell’Università di Bari. Se poi non si è ancora soddisfatti c’è un tomo su cui molti hanno studiato e che dovrebbe trovarsi in ogni biblioteca di un buon fisico, autodidatta e non. Sto parlando di Gravitation di John Archibald Wheeler e altri, 1400 pagine circa che svelano quanto la relatività sia stata importante per la comprensione di molti fenomeni osservati nell’universo vicino e lontano. Ovviamente poi ci sono centinaia se non migliaia di libri di divulgazione che parlano prettamente di relatività. Se le biografie possono essere considerate libri di divulgazione, ne consiglio due: la prima più discorsiva, Einstein – La sua vita, il suo universo di Walter Isaacson e la seconda con uno sguardo rivolto sopratutto al comprensione dell’uomo attraverso il suo lavoro è “Sottile è il Signore” – La scienza e la vita di Albert Einstein scritta da Abraham Pais. L’ultima la consiglio solo dopo aver familiarizzato con le teorie.

Quali concetti incontriamo nello studiare le teoria quantistiche?

schrodinger gatto vivo mortoPassiamo sicuramente da una visione ampia ad una stretta, la più stretta possibile e cioè quella delle distanze paragonabili alle dimensioni atomiche. Sono concetti molto più stravaganti, perchè meno immaginabili, rispetto quelli relativistici. Si parla di probabilità e dualismi in modo intensivo e le certezze per questo vengono spesso a mancare. Ci sono esperimenti mentali molto particolari in cui i gatti sono sia vivi che morti allo stesso tempo. La matematica che viene usata è più vicina a concetti di analisi che a concetti geometrico matematici, tipici della relatività. Questo porta ad un piano di astrazione, secondo me, più alto. Il testo accademi per eccellenza in italiano è Meccanica Quantistica Moderna di Jun John Sakurai, che seppur datato, sicuramente da tutte le basi concettuali e non che servono a comprender per quanto possibile 😉 le basi delle teorie quantistiche. Un testo, non certo semplice, ma meno accademico, scritto da Feynman, è Lectures on Physics – Quantum Mechanics, ne si trova anche la versione italiana, ma se non ricordo male la traduzione non è delle migliori, io ho la versione inglese.

Voglio in fine far presente che i testi che ho citato non sono esaustivi, ma sicuramente completi per delle solide basi. Acquisiti questi concetti e facendosi un idea di Quali sono i libri a tema scientifico si è in grado di valutare al meglio su quali libri è giusto dirigersi per approfondimenti o variazioni sul tema. Nel prossimo e conclusivo post parleremo invece di come e di quali di queste basi ci saranno utili per spaziare in varie branche della fisica e delle scienze naturali in genere assieme ad alcune considerazioni mie personali.

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