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Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 20031 Le frontiere della Fisica ovvero Il deserto dei Tartari.

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Presentazione sul tema: "Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 20031 Le frontiere della Fisica ovvero Il deserto dei Tartari."— Transcript della presentazione:

1 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Le frontiere della Fisica ovvero Il deserto dei Tartari

2 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Enrico Onofri Marconi: maturità nel 1964 Laurea in Fisica, U.Parma, 1968 Princeton U., 1976 CERN, U.Trento, U.Parma, lavori su riviste internazionali, 2 libri Dipartimento di Fisica, U.Parma,

3 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Fisica alla parmigiana (?) Le radici La fisica del XX secolo Le sfide del 2000 Il dilemma ricerca pura/applicata Le prospettive per i giovani scienziati

4 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Album di famiglia Johannes Kepler Galileo Galilei Isaac Newton, Bernoulli, Huygens, Leibnitz, Laplace, Lagrange J. Maxwell, M. Faraday, G.Hertz, G.Marconi... Albert Einstein Planck, Bohr, Schroedinger, Heisenberg, Born, Dirac, Pauli, Fermi, Landau,Chandrasekhar,Feynman, Gellmann, Wigner, Glashow, Weinberg, Salam, Hawking, …

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6 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Johannes Kepler Il sistema copernicano trova il fondamento sperimentale – Kepler dimostra che le orbite dei pianeti sono ellittiche, sfruttando i copiosi dati astronomici di Tycho Brahe

7 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Le leggi di Kepler I pianeti descrivono orbite ellittiche – il Sole si trova ad uno dei fuochi Legge delle aree (velocità areolare costante Newton) Il periodo di rivoluzione è funzione dellasse maggiore dellellisse

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9 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Galileo Galilei Di Galileo come padre della scienza moderna si è detto tutto – piace osservare come in Galileo convivano lanima di scienziato moderno (con lenfasi sul ruolo della Matematica nella lettura del libro della Natura), quella di umanista (i suoi scritti sono un modello di stile) e quello di imprenditore illuminato.

10 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre A Galileo si deve lintuizione della Relatività del movimento, il fondamento sperimentale delle conoscenze accoppiato alla descrizione matematica La legge dei gravi Il Cannocchiale Il termometro Il pendolo S. Drake, Galileo web: soc/Galileo/

11 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Il compasso di Galileocompasso Un antenato del regolo calcolatore Uno strumento plurifunzionale Venduto in centinaia di copie corredato di manuale dellutente Lanalogo di oggi potrebbe essere il supercalcolatore APE, nato in laboratorio di Fisica e ora diffuso in Europa (Teraflops)

12 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La Matematica di Galileo Geometria Euclidea Aritmetica Il passo decisivo verso la meccanica moderna è costituito dal calcolo infinitesimale (che ha le sue radici in Archimede) – ma Galileo muore nello stesso anno 1642 in cui nasce Newton – il quale svilupperà il calcolo infinitesimale

13 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Newtons Principia

14 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Integrali e legge di Keplero Entrambi questi diagrammi sono alla base di algoritmi di calcolo tuttora utilizzati La formula dei trapezi e lalgoritmo leapfrog

15 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La Meccanica dopo Newton Le leggi della Meccanica e le nuove tecnich matematiche sviluppate da Newton, Leibnitz, Bernoulli, Huygens, Euler, … cominciano ad essere applicate (edilizia, grandi strutture, idraulica, etc.)Huygens E LO SONO TUTTOGGI : costituiscono le basi dellingegneria, della scienza delle costruzioni

16 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La rivoluzione del XX secolo Due costanti fisiche modificano profondamente il quadro apparentemente consolidato della Fisica dell800:

17 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Entrambe fissano dei limiti Limite assoluto di velocità Limite assoluto di precisione per misure contemporanee

18 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La Fisica ha inglobato gradualmente questi principi ma il processo è ancora in atto Non esiste ancora una teoria consistente che incorpori relatività e fisica quantistica includendo tutte le forze conosciute I tentativi attuali sono rivolti alla formulazione di teorie quantistiche che vivono in spazi a più di 4 dimensioni e le cui coordinate (x,y,z,t,…) non necessariamente rispettano le regole dellaritmetica

19 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La matematica della fisica quantistica ha le sue radici nell800 Cayley e Hamilton (quaternioni e rotazioni spaziali) Riscoperta da Pauli e fatta progredire da Dirac

20 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Pubblicità La storia del CERN e della Fisica delle particelle nella seconda metà del XX secolo

21 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La vera storia della scoperta del DNA

22 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre

23 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Simmetrie Il tema della simmetria è fondamentale nella fisica delle particelle subatomiche

24 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre The eightfold way In 1961, Murray Gellman found symmetry patterns in baryons and mesons when he plotted strangeness versus charge. a) Eight spin ½ baryons arranged in a hexagonal eightfold pattern b) Nine spin zero mesons arranged in a hexagonal eightfold pattern (the antiparticles are opposite their particles and the three particles (which form their own antiparticles) are at its centre).

25 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Le particelle elementari e la nostra ignoranza Higgs Super-particelle Dark matter Struttura in grande dellUniverso

26 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Algebrateoria dei GruppiIn vari casi lo stimolo preveniente dalla teoria fisica (teoria quantistica dei campi, meccanica statistica, sistemi dinamici, …) ha fatto progredire la ricerca matematica. Ad esempio lAlgebra e la teoria dei Gruppi hanno fatto progressi sostanziali di pari passo con lo sviluppo della fisica atomica e nucleare. Informatica Computer scienceNegli ultimi 40 anni unaltra disciplina (Informatica o Computer science) è entrata in gioco con forza.

27 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Una troika Il trinomio matematica-fisica- informatica costituisce attualmente un ambito di ricerca e sviluppo considerato strategico nei paesi avanzati (USA, Japan) – e lEuropa? Von Neumann e Eniac, 1946 Exalibur, 2003, 12GFLops

28 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Dove non saremmo mai arrivati senza gli elaboratori veloci Navigazione (astronautica) Dinamica delle galassie Dinamica molecolare Meteorologia Cartoni animati Diagnostica medica (TAC, NMR)

29 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Un piccolo esempio Le equazioni di Newton per il sistema solare Difficoltà insormontabili per più di 2 corpi celesti – solo soluzioni approssimate Oggi solubili su un PC (100 anni in pochi secondi, oppure milioni di anni in poche ore)

30 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Relatività Generale escalation: Con la teoria di Einstein (1916) i legami tra Fisica e Matematica subiscono unulteriore escalation: le leggi della gravità sono pura geometria e viceversa la geometria è vincolata alla presenza di materia

31 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre La teoria prevede che la gravità si propaghi in modo simile alle onde elettromagnetiche: di questo fatto si hanno solo prove indirette, al momento, ma sono in fase di avanzata realizzazione strumenti di rivelazione che dovrebbero permettere di verificare la previsione ( Virgo, Ligo) Il progetto più pazzo in questo campo è rappresentato da LISA

32 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre (immagine non in scala)

33 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Un fisico di Parma … sta lavorando al progetto Michele Vallisneri E diversi gruppi di ricerca (Roma, Trieste, Pisa, Padova, Parma) sono attivi in questo campo di indagine Applicazioni? Principalmente in campo medico (telechirurgia, chirurgia assistita dal calcolatore, robotica)

34 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Particelle elementari onde gravitazionali Perché il Deserto dei Tartari di Buzzati? Sono venti anni che abbiamo individuato gli ultimi Tartari (W,Z). Tanti altri sono preannunciati ma mancano allappello. HIGGS prima di tutto, ma anche tutte le particelle supersimmetriche, immagine delle particelle note sotto una trasformazione detta supersimmetria. Le onde G sono state previste da 80 anni

35 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Lattesa non è tuttavia snervante come nella fortezza descritta da Buzzati Anche se i Tartari non si faranno vivi, il lavoro non manca e produce risultati comunque utilizzabili per scopi di interesse generale. fallout delle ricerche di base (superconduttività, diagnostica medica, terapia adronica, sviluppo delle reti di comunicazione, web) web

36 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Ricerca pura o applicata? E fin troppo ovvio insistere sullimportanza della ricerca applicata (o trasferimento tecnologico). E addirittura un atteggiamento un po superficiale: se avesse il sopravvento, il progresso delle conoscenze segnerebbe un pericoloso rallentamento. Di questo si vedono già gli effetti negativi (però, grazie Presidente).

37 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Vi siete mai chiesti... pura fondamentaleArchimede era già in possesso di conoscenze matematiche e tecniche di ingegneria che però sono rimaste in letargo per secoli. Forse che la mentalità del tempo era troppo orientata alle conquiste materiali? Cè voluta la stagione del Rinascimento per rilanciare la ricerca più speculativa (che oggi chiamiamo pura o fondamentale).

38 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Cosa si può fare? (perorazione finale) Lafflusso di giovani alle facoltà scientifche universitarie, seppure aumentato negli ultimi anni, è percentualmente diminuito. Questo è un parametro su cui si fa leva per ridurre ulteriormente le risorse destinate alla ricerca pura. Se non vogliamo assistere a un declino morale e culturale della nazione europea è necessario invertire questa tendenza.

39 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Una carriera nella ricerca pura? Passiamo 1/3 della vita nel sonno, più della metà del resto sul posto di lavoro, ergo… Conviene investire in un buon letto e in un lavoro divertente e di soddisfazione Università Centri di Ricerca (CNR, INFN, CERN, …)

40 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre Galileo Newton Feynman Heisenberg Bohr e Heisenberg Fermi Curie Einstein Pippo Mister X Kepler Rosalind Franklin


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