Spazio, tempo, movimento – Le leggi fondamentali dell’universo

Ci sono almeno due modi di avvicinarsi alla fisica come disciplina scientifica: il primo è ignorarla per le troppe formule criptiche, l’altro è appassionarsi fino a focalizzare il proprio corso di studi, diventare ricercatore e/o appassionato docente. Da studenti abbiamo talvolta subito frustrazioni perché studiare formule e impararle a memoria non sempre portava alla comprensione dei concetti. La fisica rimaneva materia amata e studiata da pochi. Un docente che  somigliasse a Galileo avrebbe fatto la differenza. Galileo, infatti,  aveva talento nel distinguere ciò che è essenziale da ciò che può essere ignorato. E questo in fisica è strategico: se ignoriamo l’attrito dell’aria che rallenta un corpo in caduta a prescindere da forma e massa, tutti i corpi cadono allo stesso modo. Galileo con i suoi marchingegni  è riuscito a dimostrarlo.

Noi siamo immersi in un mondo in cui le leggi della fisica governano anche il nostro passo, il nostro stare con i piedi per terra, il nostro inciampare e provocarci abrasioni.

L’autore evidenzia che la fisica sembra più difficile rispetto ad altre branche della scienza ma offre agli studiosi/sperimentatori la possibilità di semplificare mettendo da parte alcune componenti del sistema considerato per poi rimettere tutto assieme. In questo modo i fisici riescono a trovare nel mondo reale caratteristiche affascinanti e a volte contro intuitive, pensiamo alla meccanica quantistica, alla relatività fino ad arrivare al Big Bang.

Carroll si rivolge a noi lettori dandoci del tu, ci coinvolge portandoci quasi per mano a cogliere gli aspetti sperimentali e le relative formule, estrinsecando di ciascuna il significato profondo e tangibile. Sottolinea l’importanza della matematica come strumento dal quale non si può prescindere, derivate, integrali, calcolo infinitesimale ci permettono di descrivere in modo sintetico le grandezze di cui si parla: la trilogia Spazio, Tempo, Movimento.

Impossibile non citare Einstein la cui equazione per la relatività generale racchiude una grande quantità di informazioni in maniera compatta. L’equazione ha lo scopo di determinare la metrica dello spazio-tempo ma la sua complessità esige metodi di approssimazione, come il limite newtoniano per ricavarne previsioni sperimentali.

La curiosità continua a guidare i Sapiens e, per il lettore che arriva all’ultimo capitolo di questo libro, c’è la gradevole sorpresa di riuscire a calcolare, passaggio dopo passaggio, l’equazione di Einstein attraverso la metrica ideata da Karl Schwarzschild nel 1915. Soldato nella prima guerra mondiale, assiste, durante una licenza, a una lezione di Einstein e trova il modo di risolvere la complessa equazione. I suoi studi di astrofisica teorica apportarono contributi fondamentali alla teoria della relatività generale del contemporaneo Albert Einstein. Schwarzschild riuscì a scegliere condizioni di approssimazione tali che gli permisero di risolvere le equazioni di campo einsteiniane in maniera esatta, laddove Einstein medesimo aveva sostenuto che sarebbe stato difficile trovare soluzioni analitiche. Einstein si meraviglia e si complimenta con il collega per la fortunata scelta. Lo studio e la sperimentazione dura ancora decenni prima che i fisici vengano a capo dell’implicazione imprevista della scoperta di Einstein, ovvero la predizione dell’esistenza dei buchi neri.

E’ complesso il mondo della fisica? Sì, certo ma basta saperlo semplificare: le equazioni ci consentono di solcare i cieli alla scoperta di paesaggi multidimensionali, deformazioni spaziotemporali e forze sconosciute che governano il nostro minuscolo pianeta così come lo spazio infinito!

Alberta