Libri divulgativi

La fisica studia la natura in chiave matematica e formula le leggi che governano tutti i fenomeni che ci circondano, a partire dalla più piccola particella fino ai confini dell'Universo. La fisica si è evoluta nel tempo, ampliando il proprio ruolo, spingendosi fino a mettere in discussione le fondamenta delle altre scienze già affermate.

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Dalle particelle fondamentali della natura al mondo dei quanti, fino all'identità misteriosa del tempo, una panoramica della fisica che passa per le teorie più affascinanti mai elaborate dall'uomo, come la teoria della relatività di Einstein e la fisica quantistica. Iniziamo con le reazioni nucleari nel Sole che producono l'energia indispensabile per la nostra esistenza, ma anche neutrini, particelle elusive che viaggiano nel cosmo quasi indisturbate, fornendo i dettagli più interessanti che la fisica ci insegna. Si esplora l'identità del tempo, così come la fisica relativistica ne ha rivoluzionato il significato e l'interpretazione, per poter comprendere al meglio il suo ruolo nella natura. Si discute della teoria dei quanti, pilastro della fisica moderna, piena di sorprendenti novità, che si è fatta strada passando per esperimenti inspiegabili e misteriosi meccanismi che regolano il mondo del microscopico. Si esplorano le zone più minute del tessuto dello spazio, dove risiedono le particelle, costituenti fondamentali di tutta la materia e responsabili delle interazioni fondamentali, tra cui elettromagnetismo e forze nucleari.

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La fisica quantistica ha sconvolto il modo di pensare di molti scienziati, convinti, all’inizio del Novecento, di aver compreso tutti i principi fondamentali che regolano la natura. Le più grandi certezze conquistate dalla scienza nei secoli precedenti iniziarono a vacillare di fronte alle nuove scoperte che hanno letteralmente rivoluzionato la fisica moderna, tra cui la relatività di Einstein che ha praticamente riformulato le leggi di Newton, ridefinendo il tessuto sottostante che le avvolgeva, e l’avvento della meccanica quantistica. Quest’ultima ha capovolto anche le certezze che sembravano indiscutibili, con l’introduzione della densità di probabilità di presenza di una particella e le sue conseguenze, come l’effetto tunnel, e con il famoso principio di indeterminazione di Heisenberg, tutti concetti che vanno contro il senso comune. Per spiegare i risultati sperimentali che si ottenevano osservando il mondo microscopico era necessaria la formulazione di nuove teorie per sopperire al fallimento di quelle classiche, formulate, all’epoca, osservando la natura soltanto dal punto di vista macroscopico.

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L'atomo è sempre stato al centro delle scienze che studiano la natura come la fisica o la chimica. Inizialmente visto come particella fondamentale e indivisibile della materia, da cui il nome, è stato studiato dalla fisica che ne ha compreso i costituenti e le proprietà. La nascita e lo sviluppo della fisica quantistica, che ha rivoluzionato il modo di pensare di molti, ha finalmente permesso una descrizione finale ed elegante della particella che forma le molecole di cui è fatta la materia: l’atomo. Gli atomi sono i mattoni della materia, mentre le particelle elementari sono i costituenti ultimi delle particelle e, quindi, degli atomi. In aggiunta, ciascuna interazione fondamentale possiede una particella elementare che ha le funzioni di mediatrice di tale forza. Un esempio è il fotone, mediatore dell’interazione elettromagnetica. Si parlerà delle particelle elementari della fisica, raggruppate nel cosiddetto Modello Standard, come ad esempio i quark che compongono protoni e neutroni che a loro volta formano il nucleo degli atomi. La natura intera funziona grazie alla collaborazione delle quattro forze fondamentali. La gravità e l’interazione elettromagnetica sono le più note e nella vita di tutti i giorni bastano spesso le loro formulazioni classiche, non quantistiche. Tuttavia una teoria fisica, per essere tale, deve tenere conto della teoria quantistica e della relatività ristretta di Einstein e di tutte le loro conseguenze. Quali sono dunque, nel dettaglio e se esistono, le teorie quantistiche e relativistiche che regolano le quattro forze fondamentali della natura?

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Dalla scoperta della radioattività alla fisica quantistica, passando per la relatività di Einstein, l’atomo di Bohr e l’utilizzo dei raggi X per lo studio delle proprietà dei solidi. Queste sono solo alcune delle affascinanti scoperte che la fisica ha conquistato negli ultimi 150 anni e che ripercorriamo in questo libro.

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Brevi lezioni di elettronica dedicate a tutti, nonostante la complessità della materia, il linguaggio usato è tale da essere compreso da chiunque, anche da chi è alle prime armi o inesperto. Gli argomenti trattati sono: circuiti elettrici, numeri binari, isolanti, conduttori, fili, tensione e corrente, interruttori e pulsanti, resistori e resistenza elettrica, potenza elettrica, consumo di energia, porte logiche, resistori in serie e parallelo, circuiti integrati, relé, partitore, potenziometro, corrente alternata.

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La fisica quantistica e la relatività ristretta sono le due teorie cardine di ogni altra teoria che ambisca a descrivere la natura nelle sue fondamenta più profonde. La teoria della relatività ristretta ha portato numerosissime conseguenze anche nella vita di tutti i giorni, grazie alla scoperta della relatività del spazio e del tempo e alla celebre relazione che lega l'energia a riposo e la massa di una particella, che ha permesso la comprensione e lo sviluppo dell'energia nucleare. La teoria quantistica sta alla base della descrizione della radiazione, della materia e di ogni loro interazione. La sua nascita è dovuta alla crisi della fisica classica, avvenuta tra l'Ottocento e il Novecento, di fronte ad alcuni fenomeni fisici inspiegabili come ad esempio l'effetto fotoelettrico, l’effetto Compton, lo spettro di emissione del corpo nero o le righe spettrali degli atomi.