Le frontiere della Fisica ovvero Il deserto dei Tartari Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Enrico Onofri Marconi: maturità nel 1964 Laurea in Fisica, U.Parma, 1968 Princeton U., 1976 CERN, 1981-1982 U.Trento, 1986-1989 U.Parma, 1990- 70 lavori su riviste internazionali, 2 libri Dipartimento di Fisica, U.Parma, 905225 onofri@unipr.it Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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, … Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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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 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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 dell’asse maggiore dell’ellisse Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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Galileo Galilei Di Galileo come padre della scienza moderna si è detto tutto – piace osservare come in Galileo convivano l’anima di scienziato moderno (con l’enfasi 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. Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

 web: http://es.rice.edu/ES/humsoc/Galileo/ A Galileo si deve l’intuizione 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: http://es.rice.edu/ES/humsoc/Galileo/ Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Il compasso di Galileo Un antenato del regolo calcolatore Uno strumento plurifunzionale Venduto in centinaia di copie corredato di manuale dell’utente L’analogo di oggi potrebbe essere il supercalcolatore APE, nato in laboratorio di Fisica e ora diffuso in Europa (Teraflops) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Newton’s Principia  http://gallica.bnf.fr/  http://gallica.bnf.fr/ Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Integrali e legge di Keplero Entrambi questi diagrammi sono alla base di algoritmi di calcolo tuttora utilizzati La “formula dei trapezi” e l’algoritmo “leapfrog” Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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.) E LO SONO TUTT’OGGI : costituiscono le basi dell’ingegneria, della scienza delle costruzioni Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

La rivoluzione del XX secolo Due costanti fisiche modificano profondamente il quadro apparentemente consolidato della Fisica dell’800: Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Entrambe fissano dei limiti Limite assoluto di velocità Limite assoluto di precisione per misure contemporanee Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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 dell’aritmetica Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

La matematica della fisica quantistica ha le sue radici nell’800 Cayley e Hamilton (quaternioni e rotazioni spaziali) Riscoperta da Pauli e fatta progredire da Dirac Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Pubblicità La storia del CERN e della Fisica delle particelle nella seconda metà del XX secolo Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

La “vera” storia della scoperta del DNA Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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Simmetrie Il tema della simmetria è fondamentale nella fisica delle particelle subatomiche Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

a) Eight spin ½ baryons arranged in a hexagonal eightfold pattern 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). Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Le particelle elementari e la nostra ignoranza Higgs Super-particelle Dark matter Struttura in grande dell’Universo Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

In vari casi lo stimolo preveniente dalla teoria fisica (teoria quantistica dei campi, meccanica statistica, sistemi dinamici, …) ha fatto progredire la ricerca matematica. Ad esempio l’Algebra e la teoria dei Gruppi hanno fatto progressi sostanziali di pari passo con lo sviluppo della fisica atomica e nucleare. Negli ultimi 40 anni un’altra disciplina (Informatica o Computer science) è entrata in gioco con forza. Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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

Dove non saremmo mai arrivati senza gli elaboratori veloci Navigazione (astronautica) Dinamica delle galassie Dinamica molecolare Meteorologia Cartoni animati Diagnostica medica (TAC, NMR) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Relatività Generale Con la teoria di Einstein (1916) i legami tra Fisica e Matematica subiscono un’ulteriore escalation: le leggi della gravità sono pura geometria e viceversa la geometria è vincolata alla presenza di materia Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Il progetto più “pazzo” in questo campo è rappresentato da LISA 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 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

(immagine non in scala) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Un fisico di Parma … sta lavorando al progetto Michele Vallisneri Applicazioni? Principalmente in campo medico (telechirurgia, chirurgia assistita dal calcolatore, robotica) E diversi gruppi di ricerca (Roma, Trieste, Pisa, Padova, Parma) sono attivi in questo campo di indagine Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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 all’appello. 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 Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

L’attesa 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) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Ricerca pura o applicata? E’ fin troppo ovvio insistere sull’importanza 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). Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Vi siete mai chiesti... Archimede 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? C’è voluta la stagione del Rinascimento per rilanciare la ricerca più speculativa (che oggi chiamiamo pura o fondamentale). Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Cosa si può fare? (perorazione finale) L’afflusso 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. Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

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, …) Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003

Einstein Curie Galileo Newton Pippo Mister X Bohr e Heisenberg Feynman 25 ottobre 2003 Newton Pippo Mister X Bohr e Heisenberg Feynman Heisenberg Curie Kepler Rosalind Franklin Einstein Liceo Scientifico Marconi, Parma Sabato, 25 ottobre 2003