Sette brevi lezioni di fisica (Piccola biblioteca Adelphi)
Rovelli, Carlo
Notes by: Jacopo Perfetti.

Lezione prima: La più bella delle teorie
39
Teoria della Relatività (oggi chiamata «relatività ristretta»), la teoria che chiarisce come il tempo non passi eguale per tutti:
62
Newton aveva cercato di spiegare la ragione per la quale le cose cadono e i pianeti girano. Aveva immaginato una «forza» che tira tutti i corpi l’uno verso l’altro: l’aveva chiamata «forza di gravità».
64
Newton aveva anche immaginato che i corpi si muovessero nello spazio, e lo spazio fosse un grande contenitore vuoto, uno scatolone per l’universo.
68
Faraday e Maxwell, avevano aggiunto un ingrediente al freddo mondo di
68
Newton: il campo elettromagnetico. Il campo è un’entità reale diffusa ovunque, che porta le onde radio, riempie lo spazio, può vibrare e ondulare come la superficie di un lago, e «porta in giro» la forza elettrica.
73
E qui arriva l’idea straordinaria, il puro genio: il campo gravitazionale non è diffuso nello
74
spazio: il campo gravitazionale è lo spazio. Questa è l’idea della teoria della relatività generale.
75
Lo «spazio» di Newton, nel quale si muovono le cose, e il «campo gravitazionale», che porta la forza di gravità, sono la stessa cosa.
77
Non siamo contenuti in un’invisibile scaffalatura rigida: siamo immersi in un gigantesco mollusco flessibile.
80
I pianeti girano intorno al Sole e le cose cadono perché lo spazio si incurva.
84
Riemann,
85
le proprietà di uno spazio curvo sono catturate da un certo oggetto matematico, che oggi chiamiamo la curvatura di Riemann e indichiamo con R.
86
Einstein scrive un’equazione che dice che R è proporzionale all’energia della materia. Cioè: lo spazio si incurva là dove ci sia materia.
90
A causa di questa curvatura, non solo i pianeti orbitano intorno alla stella, ma anche la luce smette di viaggiare diritta e devia.
92
Ma non è solo lo spazio a incurvarsi, è anche il tempo.
93
Einstein predice che il tempo passi
93
più veloce in alto e più lento in basso, vicino alla Terra.
94
il gemello che ha vissuto al mare ritrova il gemello che ha vissuto in montagna un poco più vecchio di lui.
99
Lo spazio intero può distendersi e dilatarsi; anzi, l’equazione di Einstein indica che lo spazio non può stare fermo, deve essere in espansione.
Lezione seconda: I quanti
132
Einstein mostra che la luce è fatta di pacchetti: particelle di luce. Oggi li chiamiamo «fotoni». Nell’introduzione del lavoro scrive: «Mi sembra che le osservazioni associate alla fluorescenza,
139
Si noti il meraviglioso «Mi sembra...» iniziale, che ricorda l’« Io penso...» con cui Darwin introduce
140
nei suoi taccuini la grande idea che le specie evolvono, o l’« esitazione» di cui parla Faraday quando nel suo libro introduce la rivoluzionaria idea di campo elettrico. Il genio esita.
149
Nel 1925 appaiono finalmente le equazioni della teoria, che rimpiazzano l’intera meccanica di Newton.
156
Heisenberg immagina che gli elettroni non esistano sempre. Esistano solo quando qualcuno
156
li guarda, o meglio, quando interagiscono con qualcosa d’altro. Si materializzano in un luogo, con una probabilità calcolabile, quando sbattono contro qualcosa d’altro. I «salti quantici» da un’orbita all’altra sono il loro solo modo di essere reali:
160
Nella meccanica quantistica nessun oggetto ha una posizione definita, se non quando incoccia contro qualcos’altro.
163
Ma c’è di peggio: questi salti con cui ogni oggetto passa da un’interazione all’altra non avvengono in modo prevedibile, ma largamente a caso. Non è possibile prevedere dove un elettrone comparirà di nuovo, ma solo calcolare la probabilità che appaia qui o lì. La probabilità
165
fa capolino nel cuore della fisica, là dove sembrava tutto fosse regolato da leggi precise, univoche e inderogabili.
170
Einstein, che ci
170
aveva insegnato che il tempo non è universale e lo spazio si incurva,
Lezione terza: L’architettura del cosmo
198
la scienza, prima di essere esperimenti, misure, matematica, deduzioni rigorose, è soprattutto visioni. La scienza è attività innanzitutto visionaria. Il pensiero scientifico si nutre della capacità di «vedere» le cose in modo diverso da come le vedevamo prima.
230
Esistono quindi migliaia di miliardi di miliardi di pianeti come la Terra, nell’universo.
Lezione quarta: Particelle
247
Ogni atomo è un
247
nucleo con intorno elettroni. Ogni nucleo è costituito da protoni e neutroni, impacchettati stretti. Tanto i protoni che i neutroni sono fatti di particelle ancora più piccole, che il fisico americano Murray Gell-Mann ha battezzato «quarks»,
250
La forza che tiene incollati i quarks all’interno dei protoni e dei neutroni è generata da particelle che i fisici, con poco senso del ridicolo, chiamano «gluoni», dall’inglese glue, colla.
258
Il modo in cui queste particelle si muovono e la loro natura
258
sono descritti dalla meccanica quantistica. Queste particelle non sono quindi veri sassolini, sono piuttosto i «quanti» di corrispondenti campi elementari, così come i fotoni sono i «quanti» del campo elettromagnetico.
262
Anche se osserviamo una regione vuota dello spazio, dove non ci siano atomi, vediamo lo stesso un pullulare minuto di queste particelle. Non esiste vero vuoto, che sia completamente
263
vuoto. Come anche il mare più calmo visto da vicino ondeggia leggermente e freme, così i campi che formano il mondo fluttuano a piccola scala, e possiamo immaginare le particelle di base del mondo, continuamente create e distrutte da questo fremere, vivere brevi effimere vite.
267
La meccanica quantistica e gli esperimenti con le particelle ci hanno insegnato che il mondo è un pullulare continuo e irrequieto di cose, un venire alla
268
luce e uno sparire continuo di effimere entità.
Lezione quinta: Grani di spazio
316
Il Novecento ci ha lasciato le due gemme di cui ho parlato: la relatività generale e la meccanica quantistica. Sulla prima sono cresciute la cosmologia, l’astrofisica, lo studio delle onde gravitazionali, dei buchi neri e molto altro. La seconda è diventata la
318
base della fisica atomica, della fisica nucleare, della fisica delle particelle elementari, della fisica della materia condensata e molto altro.
320
Eppure le due teorie non possono essere entrambe giuste, almeno nella loro forma attuale, perché si contraddicono
323
La mattina, il mondo è
323
uno spazio curvo dove tutto è continuo; il pomeriggio, il mondo è uno spazio piatto dove saltano quanti di energia.
324
Il paradosso è che entrambe le teorie funzionano terribilmente bene.
325
rabbino da cui erano andati due uomini per dirimere una contesa. Ascoltato il primo, il rabbino dice: «Hai ragione». Il
326
secondo insiste per essere ascoltato, il rabbino lo ascolta, e gli dice: «Hai ragione anche tu». Allora la moglie del rabbino, che orecchiava da un’altra stanza, urla: «Ma non possono avere ragione entrambi!». Il rabbino ci pensa, annuisce, e conclude: «Anche tu hai ragione».
332
Newton ha trovato la gravitazione universale combinando le parabole di Galileo con le ellissi di Keplero. Maxwell ha trovato le equazioni dell’elettromagnetismo combinando le teorie elettrica e magnetica. Einstein ha trovato la relatività per risolvere un apparente
334
conflitto fra elettromagnetismo e meccanica.
343
La gravità quantistica a loop è un tentativo di combinare relatività generale e meccanica quantistica,
Lezione sesta: La probabilità, il tempo, e il calore dei buchi neri
412
una sostanza calda non è una sostanza che contenga fluido calorico. Una sostanza calda è una sostanza in cui gli atomi si muovono più veloci.
414
L’aria fredda è aria dove gli atomi, o piuttosto le molecole, corrono più lenti.
415
Il calore, come sappiamo, va sempre dalle cose calde verso le cose fredde.
427
Ma perché il calore va dalle
427
cose calde alle cose fredde e non viceversa?
428
Il motivo lo ha trovato il fisico austriaco Ludwig Boltzmann ed è sorprendentemente semplice: è il caso.
429
Il calore non va dalle cose calde alle cose fredde obbligato da una legge assoluta: ci va solo con grande probabilità.
430
statisticamente più probabile che un atomo della sostanza calda, che si muove veloce, sbatta contro un atomo freddo e gli lasci un po’ della sua energia, che non viceversa.
434
Questo portare la probabilità al centro delle considerazioni fisiche e usarla addirittura per spiegare le basi della dinamica del calore fu considerato assurdo all’inizio. Boltzmann non fu preso sul serio da nessuno,
435
Finì suicida il 5 settembre del 1906 a Duino, vicino a Trieste,
484
«qui» è una parola il cui significato dipende da dove viene pronunciata (il termine tecnico per parole di questo tipo è «indicale»).
491
Quando muore il suo grande amico italiano Michele Besso, Albert Einstein
491
scrive in una lettera commovente alla sorella di Michele: «Michele è partito da questo strano mondo, un poco prima di me. Questo non significa nulla. Le persone come noi, che credono nella fisica, sanno che la distinzione fra passato, presente e futuro non è altro che una persistente cocciuta illusione».
497
Il filosofo tedesco Martin Heidegger ha messo l’accento su questo nostro «abitare il tempo».
505
da dove nasce la vivida esperienza dello scorrere del tempo? L’indicazione per rispondere viene dallo stretto legame fra il tempo e il calore, il fatto che solo quando ci sia flusso di calore il passato e il futuro sono diversi, e dal fatto che il calore
507
sia legato alle probabilità in fisica, e queste a loro volta al fatto che le nostre interazioni con il resto del mondo non distinguono i dettagli fini della realtà.
510
Questa potrebbe essere la chiave per il mistero del tempo. Il «presente» non esiste in modo oggettivo più di quanto non esista un «qui» oggettivo, ma le interazioni microscopiche del mondo fanno emergere fenomeni temporali per un sistema (come per esempio noi stessi) che interagisce solo con medie di miriadi di variabili. La nostra memoria e la coscienza si
512
costruiscono su questi fenomeni statistici, che non sono invarianti nel tempo.
515
«L’immanifesto è molto più vasto del manifesto». Da questo sfocamento del mondo nasce la nostra percezione dello scorrere del tempo.
In chiusura: Noi
593
C’è una questione in particolare, riguardo a noi stessi, che ci lascia spesso perplessi: che significa che siamo liberi di prendere delle decisioni, se il nostro comportamento non fa che seguire le leggi della natura? Non c’è forse contraddizione fra la nostra sensazione di libertà, e il rigore con cui abbiamo ormai compreso si svolgono le cose del mondo?
605
Questo significa che quando decido sono «io» a decidere? Sì, certo, perché sarebbe assurdo chiedersi se «io» posso fare qualcosa di diverso da quello che decide di fare il complesso dei miei neuroni: le due cose, come aveva compreso con lucidità meravigliosa nel XVII secolo il filosofo olandese Baruch Spinoza, sono la stessa cosa.
607
Non ci sono «io» e «i neuroni del mio cervello». Si tratta della stessa cosa. Un individuo è un processo, complesso, ma strettamente integrato.
635
è puerile pensare che in quest’angolo periferico di una galassia delle più banali ci sia qualcosa di speciale. La vita sulla Terra non è che un assaggio di cosa può succedere nell’universo.
654
Lucrezio, «il nostro appetito di vita è vorace, la nostra sete di vita insaziabile» (De rerum natura, III, 1084).
661
Lucrezio lo dice con parole meravigliose: ... siamo tutti nati dal seme celeste;