2018 2017 2014
Quanti e Particelle
Presentazione
Il mondo della fisica quantistica sembra mettere alla prova il nostro senso comune e sfidare la nostra intelligenza fino al limite delle sue possibilità.
Come è possibile che esista un "mondo" dove l'incertezza regna sovrana, dove il principio cardine è il principio di indeterminazione e dove un oggetto può trovarsi nello stesso tempo in posizioni differenti?
La fisica quantistica si presenta di fatto come una teoria scientifica che sembra mettere in dubbio l'esistenza stessa di una realtà "oggettiva" e indipendente da chi la osserva. Ma cosa significa questo? E che cosa implica? Per rispondere a queste domande abbiamo preparato un elenco di libri che introducono ai segreti della fisica quantistica e alle conseguenze scientifiche e filosofiche che da questa "rivoluzione" si possono cominciare a trarre. 

Quanti

La straordinaria storia della meccanica quantistica

«Ma davvero tu credi che la Luna non sia lì quando nessuno la guarda?», così Albert Einstein esprime tutte le sue perplessità al collega e futuro biografo Abraham Pais. Esse riguardano i fondamenti della meccanica quantistica, la nuova finestra che i fisici hanno spalancato sul mondo naturale all'inizio del Novecento. Una visione molto lontana dal senso comune, che mette in discussione persino il concetto di realtà oggettiva. Gli interrogativi di Einstein sono uno degli elementi principali del confronto intorno alla meccanica quantistica, a sua volta uno dei dibattiti più elevati e profondi nella storia della cultura umana. La vicenda dei quanti, delle sue stranezze, dei suoi paradossi, della sua estrema precisione, delle sue domande filosofi che sulla realtà e sull'oggettività ha attraversato tutto il XX secolo. E non ha raggiunto ancora un approdo sicuro. La discussione è più che mai aperta e va di pari passo con i risultati empirici e le straordinarie tecnologie che ha prodotto. La domanda resta aperta: «Ma davvero tu credi che la Luna non sia lì quando nessuna la guarda?».

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Quanti

«Non mi piace, e mi spiace di averci avuto a che fare» disse Erwin Schrödinger, uno degli artefici della prima rivoluzione quantistica, ribellandosi all’idea di un universo governato dai capricci del caso. Spirito scanzonato e irriverente, Terry Rudolph, che di Schrödinger è nipote, trae invece uno speciale piacere dalle bizzarrie di questa affascinante teoria che da ormai un secolo appassiona e divide il mondo della fisica, e vorrebbe condividerlo con il maggior numero possibile di persone, convinto com’è che persino un lettore ignaro di conoscenze matematiche (se si escludono le quattro operazioni) possa essere introdotto ai suoi misteri. Ha scritto così un libro sorprendente dove, evitando scrupolosamente quelle espressioni di gergo specialistico il cui uso improprio è spesso fonte di confusione, utilizza mezzi semplicissimi: palline bianche e nere che entrano ed escono da scatole in luogo di fotoni ed elettroni; simpatiche figure in luogo di pesanti apparati matematici e lunghi ragionamenti; e divertenti, piccole storie che vedono protagonista il lettore stesso. Altro non serve. Al termine della lettura scopriremo di essere stati iniziati, senza accorgercene e in maniera quasi indolore, ai concetti chiave del mondo quantistico: sovrapposizione, separabilità, azioni a distanza, non-località. E la nostra percezione della realtà fisica, ereditata dalla tradizione occidentale degli ultimi due o tre millenni, non sarà più la stessa.

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Helgoland

La straordinaria storia della meccanica quantistica

A Helgoland, spoglia isola nel Mare del Nord, luogo adatto alle idee estreme, nel giugno 1925 il ventitreenne Werner Heisenberg ha avviato quella che, secondo non pochi, è stata la più radicale rivoluzione scientifica di ogni tempo: la fisica quantistica. A distanza di quasi un secolo da quei giorni, la teoria dei quanti si è rivelata sempre più gremita di idee sconcertanti e inquietanti (fantasmatiche onde di probabilità, oggetti lontani che sembrano magicamente connessi fra loro ecc.), ma al tempo stesso capace di innumerevoli conferme sperimentali, che hanno portato a ogni sorta di applicazioni tecnologiche. Si può dire che oggi il mondo si regga su tale teoria, tuttora profondamente misteriosa. In questo libro non solo si ricostruisce, con formidabile limpidezza, l'avventurosa e controversa crescita della teoria dei quanti, rendendo evidenti, anche per chi la ignora, i suoi passaggi cruciali, ma la si inserisce in una nuova visione, dove a un mondo fatto di sostanze si sostituisce un mondo fatto di relazioni, che si rispondono fra loro in un inesauribile gioco di specchi. Visione che induce a esplorare, in una prospettiva ancora una volta stupefacente, questioni fondamentali ancora irrisolte, dalla costituzione della natura a quella di noi stessi, che della natura siamo parte.

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Sulla realtà dei quanti

Un dialogo galileiano

Che cosa succederebbe se Simplicio, Salviati e Sagredo, i tre protagonisti del "Dialogo" di Galileo, si incontrassero oggi e parlassero di fisica? Come reagirebbero all'ancora insuperato scandalo del comportamento quantistico della materia? Un grande fisico contemporaneo, Jauch, ha avuto l'idea di mettere in scena questo gioco, sulle rive del lago di Ginevra. E così ha scritto una guida illuminante e leggibile ai temi cruciali della fisica contemporanea.

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Il mondo dei quanti

La fisica quantistica per tutti

Il senso comune ci dice che la materia non svanisce nel nulla, che una particella e un'onda sono entità molto diverse e che una conoscenza sufficientemente accurata conduce a buone predizioni. Eppure, quando usciamo dall'ambito dell'esperienza quotidiana, per addentrarci nel mondo della fisica quantistica, le cose mostrano di stare in tutt'altro modo: le particelle di materia si possono annichilare, onde e particelle sono due facce della stessa medaglia e i risultati di certi esperimenti sono totalmente imprevedibili. Kenneth Ford ci spiega come le leggi che governano l'enormemente piccolo e l'enormemente rapido sfidino il senso comune e mettano alla prova il nostro intelletto al limite delle sue possibilità. Ford ci introduce alle grandi idee della fisica quantistica, che, nonostante i numerosi successi, continua a rimanere piena di concetti misteriosi: la granularità, il dualismo onda-particella, il principio di indeterminazione, la natura dei bosoni e dei fermioni, il principio di sovrapposizione e la non separabilità.

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Sette brevi lezioni di fisica

"Ci sono frontiere, dove stiamo imparando, e brucia il nostro desiderio di sapere. Sono nelle profondità più minute del tessuto dello spazio, nelle origini del cosmo, nella natura del tempo, nel fato dei buchi neri, e nel funzionamento del nostro stesso pensiero. Qui, sul bordo di quello che sappiamo, a contatto con l'oceano di quanto non sappiamo, brillano il mistero del mondo, la bellezza del mondo, e ci lasciano senza fiato". Tale è il presupposto di queste "brevi lezioni", che ci guidano, con ammirevole trasparenza, attraverso alcune tappe inevitabili della rivoluzione che ha scosso la fisica nel secolo XX e la scuote tuttora: a partire dalla teoria della relatività generale di Einstein e della meccanica quantistica fino alle questioni aperte sulla architettura del cosmo, sulle particelle elementari, sulla gravità quantistica, sulla natura del tempo e della mente.

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La fisica dei perplessi

L'incredibile mondo dei quanti

Dopo più di un secolo, la fisica si è ormai abituata a scendere a patti con le implicazioni della meccanica quantistica, perché questa teoria controintuitiva si è dimostrata solidissima e perfettamente adeguata a descrivere i fenomeni della materia. Ma chi non ha avuto in sorte l'occasione di studiare fisica è piuttosto perplesso, e fa bene ad esserlo. In che senso una particella può passare da due parti contemporaneamente? Cosa vuol dire esattamente che un corpo si comporta simultaneamente come un'onda del mare e come un granello di materia? Ma davvero il gatto nella scatola è allo stesso tempo vivo-e-morto finché non lo guardiamo? Sembra Star Trek e invece è il mondo reale, benché ci sia pure il teletrasporto. Questa è la materia ideale per uno straordinario divulgatore come Al-Khalili, perfettamente a suo agio con l'ironia implicita del materiale che racconta.

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La realtà al tempo dei quanti

Einstein, Bohr e la nuova immagine del mondo

La meccanica quantistica ha una posizione unica nella storia della scienza. Essendo parte della famiglia di teorie scientifiche che hanno arricchito la cultura occidentale dal XVII secolo in poi, dovrebbe porsi l'obiettivo di descrivere una realtà in qualche modo «oggettiva» e indipendente da chi la osserva; invece, la meccanica quantistica appare di fatto come la prima teoria scientifica che sembra mettere in dubbio l'esistenza stessa di questa realtà, almeno nelle forme in cui alcuni secoli di scienza ci avevano abituato a pensarla. Nessuna teoria scientifica, per quanto rivoluzionaria e capace di cambiare l'immagine del mondo che ci circonda, era arrivata a tanto. È per questo motivo che la meccanica quantistica ha avuto un effetto così dirompente anche in filosofia, dando vita – fin dai suoi albori, negli anni venti del Novecento – a un dibattito serrato sull'idea stessa di realtà fisica. A cento anni di distanza, la questione sembra tutt'altro che chiusa; ancora oggi le discussioni continuano, in forme rinnovate, nel mondo scientifico e filosofico internazionale ormai globalizzato, dal canadese Perimeter Institute for Theoretical Physics alla Templeton Foundation, fino agli istituti di fisica di Hong Kong o Bangalore. In questo libro, denso e accurato, Federico Laudisa ricostruisce il dibattito sull'immagine del mondo fisico nella fase di nascita e consolidamento della meccanica quantistica, delineando l'evoluzione delle "idee" relative al nascente mondo quantistico e alle implicazioni filosofiche che ne sono derivate, con una particolare attenzione alle assunzioni epistemologiche presenti in modo esplicito o implicito, ma senza dimenticare l'ambiente storico nel quale le discussioni hanno preso forma. «La realtà al tempo dei quanti» è un lavoro di ricerca unico, in grado di analizzare la più sorprendente delle teorie della fisica e la più fondamentale delle domande della filosofia con invidiabile competenza in entrambi i campi. Una sintesi mirabile tra le due culture.

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Lo strano mondo della meccanica quantistica

Questo libro presenta i due concetti centrali della meccanica quantistica in modo tale che i lettori non esperti della materia impareranno come risolvere problemi semplici e tuttavia significativi e allo stesso tempo afferreranno le bizzarrie concettuali del mondo quantistico. Questi due concetti centrali sono: (1) il risultato di un esperimento non può, in generale, essere predetto con esattezza; solo le probabilità dei vari risultati possono essere trovate (2). Queste probabilità si ottengono attraverso l’interferenza di ampiezze.

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Fisica quantistica per poeti

La fisica quantistica è la più solida base delle nostre conoscenze. Praticamente tutto ciò che sappiamo sul mondo passa per questa disciplina, e sono tantissime le realizzazioni pratiche che questa scienza ha reso possibili: dal laser ai transistor, dalla risonanza magnetica al telefono cellulare che ognuno di noi ha in tasca. Eppure, per la grande maggioranza delle persone si tratta di una materia totalmente ignota, ritenuta troppo "difficile", "arida" nella sua trattazione matematica, o "astrusa" nei suoi assunti di base. Nel migliore dei casi, un gioco per menti eccentriche, terribilmente complesso, al quale non conviene avvicinarsi, e che comunque nulla ha a che fare con la poesia del mondo. E questo è un vero peccato, perché la fisica quantistica è innanzi tutto "bella", almeno quanto la poesia; e sebbene sia in effetti controintuitiva in maniera sconcertante (come la poesia) e a suo modo complicata, per capirne i segreti non è affatto necessario conoscere la matematica, almeno se a raccontarcela sono il Premio Nobel Leon Lederman e il suo collega Christopher Hill. Il dono della divulgazione di questi due autori, la loro verve stilistica e la loro indubbia competenza, permettono infatti a chiunque legga "Fisica quantistica per poeti" di capire finalmente a fondo fenomeni reali (eppure in un certo modo fiabeschi), come l'esistenza di particelle che "sanno" dove andare ancor prima di partire o che possono trovarsi in due luoghi contemporaneamente.

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Alice nel paese dei quanti

Le avventure della fisica

Più rapido del signor Bianconiglio, più imprevedibile delle collere della Regina di Cuori, più esclusivo del sorriso del Gatto del Cheshire è il mondo dei quanti che la fisica del Novecento ha rivelato a ricercatori che confessavano di "non credere ai propri occhi", cioè a quello che con formule ed esperimenti stavano dimostrando. Eppure la sconcertante realtà della microfisica è alla base della stessa fisica degli oggetti quotidiani in cui abitualmente ci muoviamo e persino dell'architettura delle galassie dell'universo. Ricalcado le orme del grande Carroll, Gilmore presenta una moderna Alice anch'essa sospesa tra piccolo e grande, capace di guidarci con straordinaria abilità nel paese delle meraviglie della fisica dei quanti.

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Qualche nota su Dio e sulla fisica quantistica

Due facce della stessa medaglia

Al giorno d'oggi molte persone credono nei risultati della scienza piuttosto che nelle risposte della teologia... Ma le posizioni di fede e scienza sono davvero inconciliabili come potrebbe sembrare a un occhio poco esperto o piuttosto sono due facce della stessa medaglia? In questo brillante saggio, scritto a quattro mani, un fisico tedesco e suo fratello, un monaco benedettino, spiegano perché la religione e la fisica moderna non sono contraddittorie bensì complementari. E perché la religione e la fisica moderna, pur seguendo percorsi differenti, possono arrivare entrambe alla conoscenza comune della verità.

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Il tao della fisica

Lo scopo dichiarato del bellissimo libro di Capra è di dimostrare che esiste una sostanziale armonia tra lo spirito della saggezza orientale e le concezioni più recenti della scienza occidentale. La fisica moderna va ben al di là della tecnica, «la via – il Tao – della fisica può essere una via con un cuore, una via rivolta alla conoscenza spirituale e alla realizzazione di sé». Con uno stile piano ma appassionato, l'autore spiega al lettore da una parte i concetti, i paradossi e gli enigmi della teoria della relatività, della meccanica quantistica e del mondo submicroscopico; e, dall'altra, gli fa assaporare il fascino profondo e sconcertante delle filosofie mistiche orientali.

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La danza dei maestri Wu Li

La fisica quantistica e la teoria della relatività spiegate senza l'aiuto della matematica

All'inizio di questo secolo avviene per la fisica la grande trasformazione che modifica letteralmente la concezione dell'universo maturata durante la rivoluzione scientifica del XVIII secolo. La relatività di Einstein, il quantum di Planck, il principio di indeterminazione di Heisenberg, sostituiscono alla fisica di Newton una fisica che da un lato conduce alla bomba atomica e, dall'altro, a universi paralleli e all'ipotesi che i fotoni siano dotati di possibilità di scelta. Questi grandi rivolgimenti sono avvenuti grazie a una sofisticatissima strumentazione matematica. La grande sfida del libro di Zukav consiste nel fatto che egli si propone di raccontare la storia della fisica moderna senza fare uso di formule.

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Il mistero del mondo quantistico

La fisica quantistica è ovunque intorno a noi! Nell'infinitamente grande come nell'infinitamente piccolo! È il fondamento della nostra attuale comprensione delle leggi della Natura, del comportamento degli atomi e dell'Universo intero. Ma quello che racconta del mondo che conosciamo è diverso dalla nostra quotidiana percezione di esso.
Bob è inconsolabile da quando Rick, il suo fedele amico a quattro zampe, è morto, schiacciato da un meteorite durante una spedizione sulla Luna. Ma Rick torna per aiutarlo a risolvere il mistero ultimo, che sconvolgerà totalmente la sua concezione della realtà. Nel mondo dei quanti, infatti, una particella può essere in due posti contemporaneamente e le nozioni di vita e di morte hanno poca importanza...

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Realizzato e pubblicato dalla Fondazione Centro Studi Campostrini, ottobre 2020.