Fisica

Quando la luce passa accanto al nucleo di un atomo può trasformarsi in particelle. La luce è "spezzettata" in piccole "quantità" che chiamiamo quanti. Quando un quanto di luce passa accanto al nucleo di un atomo può trasformarsi in una coppia di particelle, un elettrone e un positrone. E in un urto ad alta energia, in due elettroni e due positroni. Il quanto di luce è cioè virtualmente costituito di due o quattro particelle. L'energia si trasforma nella coppia elettrone/positrone e viceversa. Democrito pensava che la materia fosse composta di unità sempre più piccole, invece non esiste la particella minima e non ulteriormente divisibile. La materia è cioè divisibile fino a raggiungere non una particella ma una trasformazione dell'energia in materia. Sappiamo che ci sono cinque livelli costitutivi della materia, ovvero il livello molecolare (molecole), atomico (atomo), nucleare (nucleo), adronico (androne) e quark (insieme di quark = gluoni). E sappiamo che c'è un ordine dato dalla unificazione di tutte le forze della natura, anche se per ora non riusciamo a dimostrarlo. Gli atomi possono essere divisi in elettroni e nuclei. I nuclei possono essere divisi in protoni e neutroni. I protoni e i neutroni possono essere divisi in quark. Il fatto che i quark siano confinati dentro gli assoni - protoni e neutroni ad esempio - fa propendere per il fatto che non siano composti e siano l'ultimo tassello della materia. C'è però il rompicapo dell'elettrone che appartiene ad un'altra famiglia di corpuscoli, quella dei leptoni - leptos significa leggero, svelto - che sembrano non avere niente a che fare con gli androni e i quark. Le particelle come gli elettroni possono essere create e annichilite, possono trasmutarsi l'una nell'altra. L'elettrone è la più leggera delle particelle cariche, non può decadere in particelle più leggere perché non ve ne sono che possono portare via la sua carica. L'elettrone è cioè una particella assolutamente stabile. È puntiforme, privo di struttura interna, è una particella elementare a differenza dei protoni e dei neutroni che sono fatti di quark. La luce interagisce con gli elettroni. La disciplina che se ne occupa si chiama elettrodinamica quantistica. Energia e materia sono come porte girevoli, o facce della stessa medaglia. In questo senso il nostro pensiero può trasformare, influenzare e determinare la nostra realtà. Perché l'energia determina la materia. Siamo quello che pensiamo, la nostra materialità è esattamente la nostra energia. Sappiamo esistono quattro forze o interazioni vale a dire quella gravitazionale, quella debole (cui si deve la radioattività), quella elettromagnetica e l'interazione forte che lega i quark. Si pensa che le quattro interazioni siano manifestazioni di un'unica interazione universale. Tale possibilità è il fondamento della teoria unitaria dei campi. Siccome ogni interazione è sempre mediata da quanti - gluoni - tra le quattro forze - gravitazionale, elettromagnetica, forte e debole - le affinità sono notevoli e si ritiene che ad altissime energie debbano confluire in una unica interazione universale. A noi paiono diverse solo perché nella nostra realtà i processi fisici si verificano a energie relativamente basse e così possono sembrare diverse. La unità e loro simmetria si renderebbe manifesta soltanto ad altissime energie. Tutte le interazioni sarebbero il residuo di un mondo originariamente simmetrico dei primi nano secondi del Big bang da cui è nato l'universo. Big bang, simmetria ad altissima energia, gravitazione, raffreddamento, forze elettromagnetica, forte e debole, rottura della simmetria. I quanti decadono e rimangono i protoni, i neutroni, gli elettroni, i fotoni e i neutrini.

Questo testo fornisce agli studenti gli strumenti un valido strumento per analizzare e risolvere i problemi di Fisica in modo efficace.

L’obiettivo del volume è quello di fornire agli studenti di Architettura e di Ingegneria e una visione d’insieme degli elementi che costituiscono la Fisica Tecnica Ambientale. Le prime parti del manuale affrontano i principi fondamentali della Termodinamica e della Trasmissione del calore, in maniera chiara e intuitiva, senza far ricorso a complesse elaborazioni matematiche. Un’assoluta novità è la sezione che riguarda i criteri per la progettazione energetica degli edifici sostenibili, che fornisce agli studenti una base conoscitiva preliminare per poter gestire il progetto energetico degli edifici in coerenza con l’obiettivo della completa decarbonizzazione. A completamento del volume vengono affrontate le nozioni di base di acustica e di illuminotecnica, aggiornate in considerazione dell’evoluzione tecnologica dei componenti e dei sistemi.

Questo testo nasce con l'obiettivo di formare le basi fisico-matematiche della termodinamica e della trasmissione del calore avendo in mente come traguardo finale una delle loro principali applicazioni, la progettazione di impianti termotecnici. Pertanto, la trattazione si sviluppa sul piano teorico nelle prime due parti, di termodinamica e trasmissione del calore, per poi dedicarsi, nella terza parte, ad argomenti introduttivi di carattere applicativo in ambito termotecnico. Vengono così definiti componenti e schemi elementari di impianti, in un contesto omogeneo e coerente a quello teorico. In particolare, la prima parte espone la termodinamica in via deduttiva, mentre la parte di trasmissione del calore tende ad educare alla formalizzazione di problemi termici e ad affrontarne la soluzione, anche in via approssimata, con metodi diversi. Con riferimento alla terza parte, il testo non vuole e non può essere un manuale, ma si propone di guidare per mano il futuro ingegnere verso un corretto approccio agli impianti in naturale applicazione delle nozioni teoriche apprese.

Lo specchio affascina per la sua capacità di duplicare le cose, le persone, noi stessi. Ma cosa fa esattamente uno specchio, e perché inverte la destra con la sinistra ma non l’alto con il basso? Saremmo in grado di spiegare a una civiltà extraterrestre che cosa intendiamo con destra e sinistra? Associato al concetto di specchio c ’è un ideale di bellezza che ben si coniuga con ciò che rappresenta in termini geometrici: la simmetria, che trasmette un senso di armonia e di equilibrio e che siamo abituati a considerare un caposaldo della natura. Allo specchio spaziale possiamo inoltre affiancare uno specchio temporale. Immaginiamo che un fenomeno fisico si svolga al contrario: la simmetria delle leggi naturali vale anche per questa inversione temporale? Infine, oltre allo spazio e al tempo, anche la materia possiede un suo specchio in cui riflettersi: l’antimateria. Giorgio Chinnici descrive in questo libro il profondo legame fra i tre specchi, un’indagine che si conclude affrontando la questione dell’essenza stessa del tempo.

Il James Webb Space Telescope (JWST), la nuova missione di punta della NASA in collaborazione con le agenzie spaziali europea e canadese, sta rivoluzionando molte aree dell'astronomia: dalle galassie più lontane ai pianeti vicini intorno a stelle diverse dal nostro Sole, sta fornendo nuovi punti di vista sul nostro posto nell'universo. Questo libro, basato su un workshop tenutosi alla Pontificia Accademia delle Scienze all'inizio del 2024, fornisce una delle prime raccolte di questi nuovi risultati, da parte degli scienziati che hanno utilizzato il JWST. Allo stesso tempo, questo libro riflette anche sull'impatto che questa nuova conoscenza ha sulla società in generale, dai vantaggi tecnologici ed economici alle prospettive filosofiche, compreso il senso di soggezione e meraviglia che l'osservazione del cielo con un potente telescopio suscita. Le bellissime immagini del JWST hanno ispirato miliardi di persone in tutto il mondo. Quali insegnamenti possono dare ad altri progetti di divulgazione e coinvolgimento del pubblico? Come possiamo preservare il cielo notturno? E come può avere successo un grande progetto internazionale e multidisciplinare come JWST, che ha richiesto trent'anni per essere costruito? Papa Benedetto XVI ha osservato che «il compito della scienza è una ricerca paziente e appassionata della verità sul cosmo, sulla natura e sui costituenti dell'essere umano». In questo volume, si può vedere come ciò si applichi a tutti gli aspetti del JWST.

“Sì, siamo polvere, ma, per la precisione, polvere di stelle. Qualcosa di profondo ci unisce agli astri più luminosi.” Di cosa è fatta la sostanza che tiene insieme i nostri corpi? È diversa da quella che compone gli astri? Quando Democrito, tra il V e il IV secolo a.C., disse che siamo composti di atomi, furono in pochi a credergli. Bisognerà aspettare Galileo e Newton, e poi altri quattrocento anni, prima di ricostruire i componenti elementari della materia e scoprire che tutto quello che ci circonda ha caratteristiche davvero particolari, che accomunano le stelle più distanti ai fiori di campo, una supernova esplosa a noi. Le proprietà della materia che noi diamo per scontate sono in realtà il culmine, piuttosto irregolare, di un’evoluzione cominciata quasi quattordici miliardi di anni fa. Con la chiarezza che lo contraddistingue, Guido Tonelli spiega come fanno le particelle elementari a combinarsi in forme stravaganti per costruire stati quantistici correlati, zuppe primordiali di quark e gluoni o massicce stelle di neutroni, ed esplora i limiti della scienza, dove la solidità della materia si rivela nulla più che una comoda illusione. Un viaggio sorprendente nella fisica contemporanea per guardare all’universo, e forse anche a noi stessi, con occhi nuovi.

La Terra orbita intorno al Sole, il Sole orbita intorno al centro della Via Lattea e il centro della nostra galassia, come di tutte le altre, è un buco nero supermassiccio, il fenomeno più strano e incompreso dell'universo. In questo libro, Becky Smethurst, pluripremiata ricercatrice dell'Università di Oxford, ripercorre cinquecento anni di scoperte scientifiche in astronomia e astrofisica accompagnando lettrici e lettori dalle prime osservazioni della Via Lattea e del collasso delle stelle massicce alle prime iconiche fotografie di un buco nero, fino alle ultime ricerche pubblicate in materia. Con umorismo e saggezza, Dr Becky spiega perché i buchi neri non sono veramente "neri", dimostra che sono più simili a cuscini di un divano che a un aspirapolvere e illustra come, oltre l'orizzonte degli eventi, il futuro è una direzione nello spazio piuttosto che nel tempo. Breve storia dei buchi neri è un racconto "cosmico", che risponde alle domande più profonde sul nostro universo e ne descrive i segreti nascosti all'interno dei buchi neri.

«Perché esiste qualcosa anziché il nulla?» Sollevata a più riprese dai filosofi nel corso della storia, questa domanda assume un valore del tutto inaspettato nelle mani di un fisico. Per Newton, per esempio, era necessario che esistesse uno «spazio», un palcoscenico in cui potesse svolgersi il «dramma» della materia e delle sue leggi: questo spazio era teoricamente «vuoto» e veniva occupato dai corpi fisici, che vi subivano «forze» precise. Attorno a questo nacque un lungo e famoso contenzioso con Leibniz, e i primi problemi – filosofici e fisici – sul concetto di spazio. Con Maxwell le cose si fecero ancora più problematiche, dal momento che la nascita del campo elettromagnetico riempiva lo spazio «vuoto» di «qualcosa» la cui natura non era chiara, e peggiorarono radicalmente con Einstein e il suo spazio-tempo curvo, che per potersi curvare doveva pur essere qualcosa. Il colpo di grazia all'idea di vuoto lo diede infine la meccanica quantistica. Per quanto strano possa sembrare, insomma, il «nulla» è «qualcosa», come mostra questo libro splendido e coinvolgente nel rispondere dal punto di vista della fisica alla più profonda di tutte le questioni: la distinzione tra essere e non-essere, tra ciò che esiste e il nulla.

In questo testo, strumento utile per l’apprendimento della termodinamica, l'’argomento principale è quello delle relazioni tra le derivate parziali di grandezze termodinamiche. Le variabili di stato dei sistemi presi in considerazione sono la pressione, il volume e la temperatura.

Cos’è la materia? Una domanda che ha affascinato e tormentato alcune delle menti più brillanti del XX secolo: Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli e Paul Dirac si sono infatti interrogati, confrontati e spesso scontrati, tra equazioni ed esperimenti, nel tentativo di decifrare l’essenza della realtà fisica. Da questa impresa è nata la meccanica quantistica, una teoria che rivela un universo microscopico governato dalla probabilità. Esito inaccettabile per Einstein, che rifiutò dunque le sue implicazioni filosofiche. A un secolo dalla sua prima formulazione completa, Giuseppe Mussardo ripercorre la storia di questa rivoluzione scientifica attraverso i suoi protagonisti e i suoi luoghi: dai silenziosi college di Cambridge alle scogliere di Helgoland, tra biografie degne di un romanzo d’avventura e lettere infuocate. Un racconto coinvolgente che rende omaggio a una stagione irripetibile della scienza.