Incontro con la Fisica
Acerra, Liceo Scientifico, Classico e Linguistico A. M. de Liguori
2 Maggio 2016
Umberto Scotti di Uccio
Responsabile Divulgazione e Outreach
Dip. Di Fisica E. Pancini, Università di Napoli Federico II
[email protected]
Programma
Ore 10.15: Incontro con le V Classi
Ore 11.15: Incontro con le IV Classi
•L’Università come punto di incontro tra discipline
scientifiche e umanistiche
•Venti minuti di “lezione simulata”: il primo giorno in aula
Ettore Pancini (1915 –1981)
Fisico e partigiano italiano
Università degli Studi di Napoli Federico II
Università
Dipartimento
Scuola
Corso di Studio
Collegio
Dipartimento
Dipartimento
Collegio
Dipartimento
Dipartimento
Corso di Studio
Ateneo Federico II - http://www.unina.it/
Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
Collegio di Scienze
INFO: [email protected]
Dipartimento di Fisica E. Pancini
CS Fisica
CS Ottica e Optometria
LM Fisica
Dottorato in Fisica
Perché studiare Fisica?
(visto che costa tanto…)
Ha senso costruire barriere tra le discipline che si occupano
dell’Uomo e della Natura?
No, perché…
Le scienze umane e quelle naturali
offrono un punto di vista della realtà
Lo studio della natura
Scienze naturali
Fisica,…
Matematica
Filosofia
Epistemologia,…
Scienze umanistiche
Linguaggio,…
Il progresso scientifico e tecnologico
Scienze naturali
Fisica,…
Ingegneria
Filosofia
Etica,…
Scienze umanistiche
Politica,…
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
La fisica descrive le proprietà e le relazioni tra grandezze fisiche
Una grandezza fisica è un ente caratterizzato da una definizione operativa
Unità di misura
Criterio di confronto
Criterio di somma
Grandezza
fisica
Misura
Numero
Esempio: la lunghezza è la grandezza che si misura col metro, ecc.
Galileo Galilei
(1564-1642)
Ritratto di Galileo Galilei
Justus Sustermans (1636)
“La filosofia è scritta in questo grandissimo libro (…), ma non si può intendere se prima non
s’impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri, ne’ quali è scritto. Egli è scritto in lingua
matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezi è
impossibile a intenderne umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un
oscuro laberinto”
Il Saggiatore, 1623
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
Una grandezza fisica è un ente caratterizzato da una definizione operativa
…ma le definizioni operative sono soddisfacenti?
Esempio: la definizione di Tempo
Henry Bergson
(1859-1941)
Agostino da Ippona (354-430 d.C.)
Pinturicchio
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
Una grandezza fisica è un ente caratterizzato da una definizione operativa
…ma le definizioni operative sono soddisfacenti?
Esempio: la definizione di Tempo
Che cos’è dunque il tempo? Quando nessuno me lo
chiede, lo so; ma se qualcuno me lo chiede e voglio
spiegarglielo, non lo so. (…)
Di quei due tempi, passato e futuro, che senso ha dire
che esistono, se il passato non è più e il futuro non è
ancora? E in quanto al presente, se fosse sempre
presente e non si trasformasse nel passato, non sarebbe
tempo, ma eternità. (…)
Il tempo non mi pare dunque altro che una
estensione, e sarebbe strano che non fosse
estensione dell'animo stesso.
Agostino da Ippona (354-430 d.C.)
Pinturicchio
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
Una grandezza fisica è un ente caratterizzato da una definizione operativa
…ma le definizioni operative sono soddisfacenti?
Esempio: la definizione di Tempo
Henry Bergson
(1859-1941)
«del fenomeno di decorso noi sappiamo che è
una continuità di mutamenti incessanti la quale
forma un’unità indivisibile, non divisibile in
tratti che possano stare a sé, e non separabile in
fasi che possano stare a sé, in punti della
continuità. Le porzioni che noi rileviamo per
astrazione possono essere solo entro il tutto del
decorso e così pure le fasi, i punti della
continuità del decorso»
(Durata e simultaneità, 1922)
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
Una grandezza fisica è un ente caratterizzato da una definizione operativa
…ma le definizioni operative sono soddisfacenti?
Esempio: la definizione di Tempo
Il tempo è quella cosa che si misura
con l’orologio!
Albert Einstein
(1879-1955)
Cos’è la Fisica e di cosa si occupa?
Parlare difficile non aiuta nessuno e spesso indica poca chiarezza di pensiero!
Le definizioni operative non dicono nulla sull’ontologia delle grandezze fisiche. Inutile
mettersi a ragionare con un fisico sulla natura del tempo!
Henry Bergson
(1859-1941)
Albert Einstein
(1879-1955)
• La relatività è stata inventata da Galileo
• Einstein ha detto che le misure degli intervalli di tempo in certe condizioni
differiscono da osservatore a osservatore
Tempo Misura di un intervallo di tempo
Il linguaggio delle Scienze Naturali è univoco e rigido. Tempo, energia, entropia, forza,
attrazione, magnetismo… non hanno lo stesso significato in Fisica e nel linguaggio delle Scienze
Umane. Attenzione!
Henry Bergson
(1859-1941)
Albert Einstein
(1879-1955)
Le metafore
René Magritte
(1896-1967)
Testa tra le nuvole
Le metafore
Prendiamo un fotone e lo spediamo su un atomo…
Un esperimento in cui
“prendiamo un fotone e lo spediamo su un atomo”
Una macchina prepara
Una macchina guarda
Una macchina riporta
Le metafore
CAPIRE cosa vuol dire
“Un atomo assorbe un fotone”
Le metafore
CAPIRE cosa vuol dire
“Un atomo assorbe un fotone”…
8 x 6 = 48
8 + 6 = 14
per un fisico
Display 1: “14”
Display 2: “48”
Manopola 1: “8”
Manopola 2: “6”
Le metafore
Un esperimento fatto in casa
Fisico “duro e puro”
h
1 2
gt
2
t
2h
g
h=1m
Fisico “metaforico”
Perché la matita cade?
t 0.6 s
“Perché la Terra attira i corpi
con la forza di gravità”
Le metafore
Le interpretazioni cambiano, ma la matita ci mette sempre 0.6 s a
cadere a terra!
La matita cade perché
la Terra incurva lo
spazio-tempo
La matita cade perché
tutti i corpi si attirano a
causa della Gravitazione
Universale
Isaac Newton
(1642-1727)
Portrait by G. Kneller, 1689
Le metafore
Il Circolo di Vienna accoglie il pensiero neopositivista.
Nei riguardi della scienza, il neopositivismo ha una posizione “dura e
pura”. Addio alle metafore!
Rudolf Carnap
(1891-1970)
La logica è l’ingrediente fondamentale
della filosofia; eliminandola, resta solo una
confusione di pseudo-problemi non
scientifici
Le metafore
Bertrand Russell e il suo allievo Ludwig Wittgenstein svilupparono la
logica formale e la teoria del linguaggio, che in qualche modo
permettono il ricorso alle metafore.
Il linguaggio è composto di proposizioni, cui può essere attribuito lo stato di “vero”, “falso” o
“indecidibile”. Le proposizioni si combinano con le regole dell’algebra Booleana…
Superficialmente, direi che la scienza è
quel che sappiamo e la filosofia è quel che
non sappiamo
Bertrand Russell
(1872-1970)
Le metafore
Principio di corrispondenza
Le interpretazioni cambiano, ma la matita ci mette sempre 0.6 s a
cadere a terra!
0.6s
Le metafore
Il Principio di corrispondenza confuta il relativismo culturale applicato
alle scienze naturali
0.6s
Le metafore
Un esperimento che non possiamo fare in casa
sorgente
rivelatore
elettrone
Un elettrone è emesso da una sorgente ed è raccolto da un rivelatore.
Quando arriva, il rivelatore fa “click”.
Le metafore
Un esperimento che non possiamo fare in casa
sorgente
rivelatore
elettrone
elettrone
Werner Karl Heisemberg
(1901-1976)
Per Heisemberg l’elettrone
non segue nessuna traiettoria
Per scoprire che strada fa l’elettrone per andare da S a
R dobbiamo fare delle misure, ma ogni misura
perturba lo stato dell’elettrone e ne modifica la
traiettoria.
In definitiva, non possiamo sapere nulla sulla
traiettoria e per quello che mi riguarda preferisco
pensare che la traiettoria non esista, anzi che tra S e R
non esista nemmeno l’elettrone!
Le metafore
Un esperimento che non possiamo fare in casa
sorgente
rivelatore
elettrone
elettrone
Per la Scuola di Copenhagen l’elettrone
si propaga come un’onda
De Broglie ha ragione, la propagazione
dell’elettrone è descritta da un’onda, ma
quest’onda non è reale!
L’onda descrive solo la probabilità che
l’elettrone si trovi in qualche posto piuttosto
che qualche altro.
Niels Bohr
Le metafore
Un esperimento che non possiamo fare in casa
sorgente
sorgente
ONDA
David Bohm
(1917-1982)
rivelatore
rivelatore
Per Bohm l’elettrone si muove
seguendo un’onda-pilota
A mio modo di vedere, l’elettrone è insieme
onda e particella. L’onda perturba lo spazio e
la particella segue questa perturbazione. Non
possiamo parlare di traiettorie perché l’onda
non ha una traiettoria, ma è dispersa in tutto
lo spazio.
Le metafore
Un esperimento che non possiamo fare in casa
sorgente
Per Feynman l’elettrone
segue tutte le possibili
traiettorie
rivelatore
Richard Feynman
(1918 – 1988 )
L’elettrone si muove da S a R seguendo allo stesso
tempo tutte le possibili traiettorie, un po’ come fa
un fascio di luce che passa per una lente e si
ricombina sul piano focale.
Le metafore
Per la Scuola di Copenhagen l’elettrone
si propaga come un’onda
Per Feynman l’elettrone
segue tutte le possibili
traiettorie
Per Heisemberg l’elettrone
non segue nessuna traiettoria
Per Bohm l’elettrone si muove
seguendo un’onda-pilota
Chi ha ragione?
Le metafore
Per la Scuola di Copenhagen l’elettrone
si propaga come un’onda
Per Feynman l’elettrone
segue tutte le possibili
traiettorie
Per Heisemberg l’elettrone
non segue nessuna traiettoria
Per Bohm l’elettrone si muove
seguendo un’onda-pilota
Chi ha ragione? Tutti!
Dal punto di vista matematico, le teorie sono equivalenti
(con qualche questione aperta su Bohm)
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
Ok, le metafore della Meccanica quantistica sono difficili, ma in
fondo riguardano solo le particelle elementari. Per fortuna le
cose che abbiamo sott’occhio seguono la Meccanica Classica.
Giusto?
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
Ok, le metafore della Meccanica quantistica sono difficili, ma in
fondo riguardano solo le particelle elementari. Per fortuna le
cose che abbiamo sott’occhio seguono la Meccanica Classica.
Sbagliato!
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
La materia è fatta di atomi e gli atomi seguono le leggi della Meccanica
Quantistica. Tutte le proprietà della materia sono quantistiche!
Forza elastica
Attrito
Coesione
Adesione
Reazioni vincolari
Magnetismo
Proprietà elettrostatiche
Proprietà di trasporto elettrico
Proprietà termiche
Interazione radiazione-materia (colori…)
Legami chimici, reazioni chimiche
Transizioni di fase
The mighty Y
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
Il paradosso della freccia
In ogni “fotografia”, la freccia ci appare ferma in un certo posto
Come fa la freccia a “stare qua” (essere qua) e poi a “non stare qua” (non essere qua)?
L’essere è e non può non essere!
Zenone di Elea
489-431 a.C.
Una freccia appare in movimento ma, in realtà, è immobile. In
ogni istante difatti essa occupa solo uno spazio che è pari a
quello della sua lunghezza; e poiché il tempo in cui la freccia si
muove è fatto di singoli istanti, essa sarà immobile in ognuno di
essi.
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
“La natura, così come oggi siamo in grado di capirla, si comporta in modo tale che risulta
fondamentalmente impossibile prevedere esattamente cosa succederà in un dato
esperimento. È una cosa orribile. Infatti i filosofi avevano stabilito come uno dei requisiti
fondamentali della scienza che nelle stesse condizioni debba verificarsi la stessa cosa.
Questo è semplicemente falso”.
Richard Feynman, Sei pezzi facili (2000)
Due bicchieri non si
rompono mai allo stesso
modo!
Richard Feynman
(1918 – 1988 )
Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro.
Giusto o sbagliato?
Morale
Le cose di tutti i giorni, le cose “facili”, non sempre si possono spiegare con le
metafore “facili”, perché dipendono dalle proprietà del mondo “micro”.
Questo è un fatto un po’ inatteso e deve far riflettere. Per parlare delle cose “facili”
ci servono le metafore “difficili” della meccanica quantistica.
Ma quanti sono in grado di usarle, senza fare voli di fantasia e senza fare pasticci?
Immagini e concetti stupidi su Internet
La Meccanica Quantistica non è Fisica moderna
La Meccanica Quantistica non è una teoria incompleta
La Meccanica Quantistica non è sbagliata
Quasi tutti i siti che parlano di “Fisica Quantistica” dicono frottole!
Immagini e concetti stupidi su Internet
Il cervello non è un computer quantistico
La Meccanica Quantistica non dimostra la trasmissione del pensiero
Quasi tutti i siti che parlano di “Fisica Quantistica” dicono frottole!
Immagini e concetti stupidi su Internet
La Meccanica Quantistica non dimostra che Tutto sia in uno stato
coerente
La Meccanica Quantistica non implica l’approccio olistico
Quasi tutti i siti che parlano di “Fisica Quantistica” dicono frottole!
Immagini e concetti stupidi su Internet
La Meccanica Quantistica non dimostra l’esistenza dell’anima
La Meccanica Quantistica non dimostra l’esistenza di Dio
Quasi tutti i siti che parlano di “Fisica Quantistica” dicono frottole!
Immagini e concetti stupidi su Internet
L’equazione di Dirac non si scrive così
L’equazione di Dirac non descrive l’entanglement
Quasi tutti i siti che parlano di “Fisica Quantistica” dicono frottole!
Concludendo…
•Ha senso costruire barriere tra le discipline che si occupano dell’Uomo e della
Natura? NO
•Cos’è la Fisica e di cosa si occupa? La Fisica descrive il mondo con la
matematica.
•Le metafore servono per capire.
•Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro? Sbagliato
Concludendo…
•Ha senso costruire barriere tra le discipline che si occupano dell’Uomo e della
Natura? NO
•Cos’è la Fisica e di cosa si occupa? La Fisica descrive il mondo con la
matematica.
•Le metafore servono per capire.
•Meccanica Classica = Macro, Meccanica Quantistica = Micro? Sbagliato
Grazie per l’attenzione!
