Fisica

Il presente volume intende fornire un insieme di strumenti matematici avanzati con esercizi svolti, che spaziano dall’analisi reale alla complessa. Essi sono fondamentali per formulare e risolvere problemi fisici importanti, quali la propagazione del suono o del calore, con applicazioni in svariati campi come la meccanica dei fluidi, l’elettrostatica e l’elettrodinamica. Il testo, inoltre, presenta un’introduzione alle nozioni matematiche che sono alla base della meccanica quantistica, includendo varie applicazioni. L’opera, rivolta agli studenti dei corsi di laurea di Fisica e di Ingegneria, si configura come un naturale prosieguo dei corsi di Analisi matematica di base.

Una fra le grandezze radio-protezionistiche operative introdotte dall'ICRU85 (n. 39) è l'equivalente di dose ambiente neutronica che rapportata alla fluenza e tale che Hn(d)/φn ȣ En, cioè è dipendente dall'energia neutronica. L'obbiettivo di questo libro è l'aquisizione rapida delle suddette grandezze per sorgenti neutroniche continue, usando un detector che combina il metodo di rilevazione neutronica per le reazioni A(n,p)B e la rilevazione con il liquido organico, NE213, per coprire totalmente lo spettro energetico dai neutroni freddi e fino ad i 20 MeV. Sono stati ottenuti in modo rapido ed attendibile l'equivalente di dose ambiente e la fluenza dei neutroni.

Questo scritto, compendio a un ciclo di lezioni tenuto presso l'Università della Terza Età "Danilo Dobrina" di Trieste, è rivolto a un pubblico desideroso d'avere delle risposte semplici e comprensibili alle domande circa l'esistenza del nostro universo, della vita e di noi stessi. Un pubblico, in particolare, non molto preparato in matematica e fisica. Si è iniziato allora presentando, in modo molto succinto, diversi tentativi fatti da insigni cosmologi per dare queste risposte. Questa presentazione non è stata fatta però con l'intento di spiegare queste teorie, troppo complesse e quindi comprensibili soltanto per gli esperti, ma solo per mettere in evidenza i pregiudizi che talvolta hanno i loro autori, o le contraddizioni che essi nascondono. Si è visto così quanta difficoltà abbia ancora la scienza a dare risposte certe, sicure e scientificamente valide a tali domande. Giunti a questo punto si è elaborata un'ipotesi, un'idea pure essa ben lontana da poter essere considerata una teoria scientifica, ma la quale, nella sua semplicità, basandosi solo su concetti ben noti alla fisica tradizionale, scevra da pregiudizi d'ogni genere, poteva dare delle semplici risposte ad alcuni grandi enigmi, in attesa che la scienza, se mai sarà possibile, li risolva.

Le scoperte della quantizzazione dell'energia da parte di Max Planck e della relazione che definisce il legame tra le due proprietà complementari (corpuscolare e ondulatoria) di ogni particella da parte di Louis de Broglie hanno cambiato la nostra percezione della natura e sono alla base di quel superbo insieme di conoscenze che costituiscono la meccanica quantistica che con le sue ricadute tecnologiche ha cambiato il nostro modo di vivere in un modo inaspettato e irreversibile. Ora ci domandiamo se questo insieme di conoscenze possa essere descritto in modo completo da una teoria basata su pochi principi fondamentali. Il primo a porsi questo obbiettivo fu Artur Stanley Eddington, uno dei maggiori scienziati del secolo scorso, in una serie di lavori tra il 1930 e il 1944, anno della sua morte; un tentativo troppo prematuro ma affascinante e gravido di grandi implicazioni non solo in ambito Fisico, ma anche filosofico e metafisico che penso meriti di essere ricordato.

Qubits in azione mostra i dettagli fisici, matematici e tecnologici per ottenere bit quantistici da sistemi fisici elementari e per trasformarli in algoritmi informatici. Il libro non è un manuale di programmazione quantistica, ma una introduzione ai suoi fondamenti. Nel libro i concetti fisici ed informatici sono presentati facendo anche uso del linguaggio matematico. Vengono introdotti i numeri complessi e i primi rudimenti dell'algebra tensoriale senza i quali la comprensione del testo rimarrebbe parziale. Con questi strumenti il lettore non solo potrà "gustare" a pieno le "ricette" quantistiche, ma raggiungerà l'autonomia per informarsi sui progressi di questa scienza anche dalle riviste specializzate. Così l'autore sintetizza il percorso che ha portato alla realizzazione dell'opera: Quando nei primi anni del 2000 afferrai che il quantum computing è il risultato dell'evoluzione dinamica di un sistema fisico quantistico, mi fu chiaro quali sarebbero stati i problemi e quali i vantaggi della computazione quantistica. All'epoca la scienza dei qubits era solo per fisici specialistici e se ne discuteva solo su riviste di settore. In vent'anni la tecnologia necessaria per realizzare concretamente i primi studi teorici è maturata e oggi, con Qubits in azione, il suo pantheon è finalmente aperto per chi vuole assistere e comprendere il quantum computing.

"Una introduzione a una Fisica Quantistica Realistica" è la traduzione italiana di un testo di Giuliano Preparata, fisico italiano scomparso nel 2000. La ripubblicazione del testo, a vent'anni da quella originale in inglese, consegna anche al pubblico italiano, in particolare agli studenti di Fisica e di Filosofia, una introduzione specialistica alla Teoria Quantistica dei Campi (TQC), corredata da intuizioni storico-filosofiche importanti. Preparata propone la TQC, con il suo formalismo e le sue dinamiche fondamentali, come migliore candidata a spiegare la realtà del microscopico, in particolare per la nozione di Vuoto, "modello" della realtà fisica dei campi quantistici (e non solo).

L'intento è stato quello di realizzare un testo con teoria ed esercizi, bene spiegati, oltre che esempi al fine d'impartire non solo nozioni teoriche ma altresì capacità d'interpretazione e di risoluzione dei problemi della Meccanica Classica e di quella Relativistica. Consta di esempi e dimostrazioni sulla Meccanica Classica, esercizi con soluzioni sulla Relatività Speciale e sulla Relatività Generale. Ovviamente il testo è rivolto agli studenti dei corsi universitari, soprattutto di Fisica e di Matematica, ma anche ai non specialisti inclini ad approfondire le tematiche suddette. Nel testo sono presenti molte figure soprattutto per la meccanica classica e per la relatività speciale. La trattazione sulla relatività generale è condotta partendo dalle definizioni e con diverse dimostrazioni, facendo uso del calcolo tensoriale richiesto (ogni formula è stata numerata per poterne fare buon riferimento tecnico). Solo dopo le dovute spiegazioni si affrontano gli esercizi, tutti numerati, che sono inseriti prima delle soluzioni, in un ambiente con colorazione differente (dalle soluzioni), per evitare ogni confusione. Il libro si chiude con una bibliografia con due sezioni per gli articoli dalle riviste e per i libri del settore. In definitiva, vengono date le basi per affrontare anche temi di ricerca scientifica in queste tematiche di studio.

La protagonista principale di questo libro è la Fisica. Attori non protagonisti ma compagni indivisibili oltre che supporto indispensabile per la protagonista assoluta, sono la Matematica e la Storia. Gli argomenti trattati vengono esposti cercando di utilizzare al minimo il formalismo matematico senza però rinunciare ai concetti matematici che sono indispensabili per una comprensione almeno parziale di fenomeni talmente complessi che hanno richiesto la dedizione di una vita intera di studi da parte degli scienziati più importanti della storia, i quali con il loro impagabile lavoro hanno permesso a noi di sfruttare tutta la tecnologia che rende la nostra vita più semplice di quella di chi ci ha preceduto. C’è però anche l’altra faccia della medaglia: tutta questa tecnologia potrebbe portare facilmente all’estinzione del genere umano se utilizzata in modo inopportuno. Ed è la Storia che può evitare agli Uomini di imboccare il sentiero sbagliato. La storia va studiata, va utilizzata, non va dimenticata. In ogni capitolo viene offerto il punto di vista di un dilettante relativamente ad uno specifico argomento, incastonandolo nel periodo storico durante il quale è stato sviluppato.

Nella lontana preistoria un capannello di ominidi osservava una strana pietra trasparente dai riflessi tra il giallo e l'arancione. Com'era possibile che quel materiale inerte a seguito dello sfregamento prendesse vita? Altri due indizi lasciavano presagire qualcosa dai contorni magici. Finalmente, in quattro secoli di studi e sperimentazioni il segreto della natura elettrica è stato compreso appieno e sono stati colti i suoi deliziosi frutti. Con un linguaggio non tecnico aperto a tutti, viene qui presentato l'avvicendarsi di scoperte che dall'osservazione dell'ambra, in un costante crescendo, ha portato alla realizzazione dei prodigiosi microprocessori. Chi inserisce la spina dell'elettrodomestico nella presa di casa e s'interroga sul perché di quelle misteriose palline chiamate elettroni che vi circolano veloci, trova qui delle risposte. Viene presentata una visione generale e sintetica sull'elettricità a beneficio dello studente e di chi è abbastanza curioso. Chi fosse già addentro alle questioni elettriche godrebbe semplicemente di un nuovo originale punto di vista.

Il libro tratta il tema della misura dei volumi, sia statici che dinamici. La trattazione riguarda sia gli aspetti costruttivi di tali strumenti sia il loro impiego e la loro verifica.

Il libro si propone di illustrare la fisica elegante, organica e coerente contenuta nella Termodinamica, mediante un percorso didattico, accessibile alle scuole superiori, che assegna alla descrizione microscopica dei sistemi fisici un ruolo costantemente privilegiato. Questo approccio consente di arrivare ad una comprensione semplice e allo stesso tempo approfondita delle leggi della Termodinamica, la cui generalità è così vasta da consentirne l’applicazione ai più diversi sistemi fisici, dai semplici gas ai buchi neri, fino ad arrivare a caratterizzare l’evoluzione dell’intero Universo.