Il libro della fisica

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by  coll.

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SOMMARIO
200 Vedere con il suono
124 L'attrazione dell'elettricità
Piezoelettricità e ultrasuoni
La carica elettrica
202 Una vasta eco fluttuante
128 L'energia potenziale diventa
Radioastronomia
moto tangibile
10 INTRODUZIONE Il potenziale elettrico
40 Per ogni azione
IL MONDO QUANTISTICO
MISURAZIONE EM OTO vi è una reazione 130 Una tassa sull'energia
Le leggi del moto
elettrica IL NOSTRO UNIVERSO INDETERMINATO
LA FISICA E IL MONDO QUOTIDIANO Corrente elettrica e resistenza
46 La struttura del sistema
del mondo 134 Ogni metallo ha 208 L'energia della luce è
18 L'uomo è la misura La legge della gravitazione un determinato potere distribuita nello spazio
di tutte le cose
Costruzione di magneti in maniera discontinua
Misurazione della lunghezza
52 L'oscillazione è ovunque I quanti di energia
Il moto armonico SUONO E LUCE
136 Dall'elettricità al moto
20 Una domanda prudente
è metà sapienza 82 Elasticità dell'aria Il motore elettrico LE PROPRIETÀ DELLE ONDE 212 Hanno un comportamento
54 Non vi è distruzione di forza Le leggi dei gas che non si è mai visto
Il metodo scientifico
Energia cinetica 138 Il dominio delle forze Particelle e onde
ed energia potenziale 86 L'energia dell'universo magnetiche 164 Vi è geometria nel mormorio
24 Tutto è numero
Il linguaggio della fisica è costante L'induzione elettromagnetica delle corde 216 Una nuova idea di realtà
55 L'energia non può essere L'energia interna e il primo La musica I numeri quantici
né creata né distrutta principio della termodinamica
32 I gravi non incontrano La conservazione dell'energia 142 La luce stessa
resistenza se non dall'aria è una perturbazione 168 La luce segue il cammino 218 Tutto è onda
La caduta libera 90 Il calore può causare il moto elettromagnetica di tempo minimo Matrici e onde
56 Un nuovo trattato Macchine termiche Il concetto di campo Riflessione e rifrazione
di meccanica
36 Una nuova macchina e le equazioni di Maxwell 220 Il gatto è sia vivo sia morto
Energia e moto 94 L'entropia dell'universo è in 170 Un nuovo mondo visibile Il principio di indeterminazione
per moltiplicare le forze
La pressione continuo aumento 148 L'uomo imprigionerà Luce focalizzata di Heisenberg
58 Dobbiamo osservare il cielo L'entropia e il secondo principio
l'energia del Sole
37 Il moto persisterà per misurare la Terra della termodinamica Generazione di elettricità 176 La luce è un'onda 222 Un'inquietante azione
La quantità di moto Le unità SI e le costanti fisiche La luce fra onda e corpuscolo a distanza
100 Il liquido e il suo vapore
152 Un piccolo passo verso L'entanglement quantistico
ENERGIA E MATERIA diventano una cosa sola 180 La luce non si vede mai
il dominio sulla natura·
38 Ldeel pler oadrtuiz mioencic painùi cshtrea bilianti Cambiamenti di stato L'elettronica inclinare verso l'ombra 224 La perla della fisica
Misurazione del tempo SOSTANZE EC ALORE e creazione di legami Diffrazione e interferenza La teoria quantistica dei campi
156 Elettricità animale
104 Palle da biliardo che si urtano 184 I lati nord e sud del raggio
La bioelettricità
68 I princìpi primi dell'universo Lo sviluppo della meccanica Polarizzazione
L'atomismo statistica
157 Una scoperta scientifica
188 I musicisti e il treno d'onde
del tutto inattesa
72 Come l'estensione, 112 Prelevare oro dal Sole Effetto Doppler e spostamento
Memorizzazione di dati
così la forza La radiazione termica verso il rosso
Trazione e compressione
158 Un'enciclopedia sulla punta
192 Queste onde misteriose
ELETTRICITÀ di uno spillo
76 Le minute parti della che non vediamo
N anoelettronica
materia sono in moto rapido EM AGNETISMO Le onde elettromagnetiche
I fluidi
UNIONE DI DUE FORZE 159 Un unico polo, nord o sud
196 Il linguaggio dello spettro è
80 Alla ricerca del segreto I monopoli magnetici la vera armonia delle sfere
del fuoco Luce dall'atomo
122 Forze portentose
Calore e trasmissione
Il magnetismo
8 9
PREFAZIONE
226 Collaborazione fra universi 252 Una finestra sul creato 276 Oxford si ferma
paralleli Acceleratori di particelle a questo treno?
Applicazioni quantistiche La relatività ristretta
256 Alla caccia del quark
Lo zoo delle particelle e i quark 280 Unione di spazio e tempo
FISICA NUCLEARE E Lo spaziotempo curvo
DELLE PARTICELLE 258 Particelle identiche Mi sono innamorato della fisica da ragazzo, quando ho osservazioni e conduciamo esperimenti, correggendo e
non hanno sempre 281 La gravità è equivalente scoperto che questa materia era quella maggiormente migliorando ciò che già sappiamo. Spesso imbocchiamo
DENTRO L'ATOMO lo stesso effetto all'accelerazione in grado di fornirmi risposte alle numerose domande una strada sbagliata o scopriamo dopo molti anni che
Il principio di equivalenza
I mediatori delle forze che mi ponevo in relazione al mondo circostante: come una particolare descrizione o ipotesi è errata, o che
236 La materia non è divisibile 282 Perché il gemello in viaggio funzionano le calamite, se lo spazio esiste da sempre, costituisce soltanto un'approssimazione della realtà.
all'infinito 260 La natura è assurda è più giovane? perché si formano gli arcobaleni, come facciamo a cono Talvolta compiamo nuove scoperte che ci sconvolgono e
L'elettrodinamica quantistica
L'ipotesi atomica I paradossi della relatività ristretta scere l'interno degli atomi o delle stelle. Ho anche capito ci costringono a modificare interamente il nostro modo
che studiando fisica avrei avuto una migliore compren di vedere.
261 Il mistero dei neutrini
238 Una vera e propria 284 Evoluzione delle stelle sione di alcuni interrogativi più profondi che mi turbina
mancanti
trasformazione della materia e della vita vano in testa. Qual è la natura del tempo? Che cosa Un grande esempio di cui sono stato testimone nel
Neutrini dotati di massa
Radiazioni nucleari Massa ed energia significa cadere in un buco nero? Come ha avuto inizio corso della mia vita è stata la scoperta, nel 1998, che
240 La struttura della materia 262 IMl bi ossao nceh ed il 'Haibgbgisa mo trovato 286 Dove lo spaziotempo finisce l'universo e come potrebbe finire? lt'auzniiovneer scoh sei h eas pcoannddoet ato u anll r'iidtmeao d aeclclae lceorastiod,d uetntaa ecnoenrsgtaia
Il nucleo e basta
Ora, a distanza di decenni, ho trovato le risposte ad oscura. Fino a poco tempo fa, tutto questo era ritenuto
Buchi neri e cunicoli
242 I mattoni di cui sono 264 Dov'è finita tutta alcune domande, ma continuo a cercare soluzioni a un mistero. Che cos'è questo campo invisibile che agi
costituiti gli atomi l'antimateria? 290 La frontiera dell'universo nuovi interrogativi. La fisica infatti è una materia viva: sce in modo da dilatare lo spazio in contrasto con l'attra
Le particelle subatomiche L'asimmetria materia-antimateria anche se abbiamo acquisito numerose certezze sulle zione gravitazionale? A poco a poco stiamo appren
conosciuto
La scoperta di altre galassie leggi della natura e usiamo tali conoscenze per mettere dendo che molto probabilmente si tratta di una cosa
244 Come nuvolette 265 Le stelle nascono e muoiono a punto tecnologie che hanno trasformato il nostro detta energia del vuoto. Ci si può chiedere come mai
Le particelle nella camera Fusione nucleare nelle stelle 294 Il futuro dell'universo mondo, rimane ancora molto da scoprire. Ed è questo cambiarle nome (da "energia oscura" a "energia del
a nebbia Universo statico o in espansione che per me rende la fisica il più emozionante fra tutti i vuoto") possa costituire un progresso della conoscenza,
settori dello scibile umano. In effetti, talvolta mi ma il concetto di energia del vuoto non è nuovo. Einstein
246 Gli opposti possono esplodere LA RELATIVITÀ 296 L'uovo cosmico che esplode domando perché non tutti ne siano innamorati come me. l'aveva ipotizzato un secolo fa, poi aveva cambiato idea,
L'antimateria E L'UNIVERSO nell'istante della creazione
ritenendo di aver commesso uno sbaglio e definendolo
Il Big Bang
247 Alla ricerca della colla LA NOSTRA COLLOCAZIONE NEL COSMO Thttavia, per rendere viva la materia - e trasmettere «il mio più grave errore>>. Per me, sono storie del genere
quel senso di meraviglia - non basta mettere assieme che rendono la fisica tanto affascinante.
atomica 302 La materia visibile
L'interazione forte una montagna di aride nozioni. Spiegare come funziona
270 Le peregrinazioni da sola non basta
il nostro mondo vuoi dire raccontare una storia; significa Anche per questo motivo Il libro della fìsica è davvero
dei corpi celesti La materia oscura
248 Spaventose quantità di constatare come siamo giunti a sapere ciò che sap piacevole. Ogni argomento è reso più accessibile dalla
Il cielo
energia Bombe atomiche 306 L'universo è dominato piamo a proposito dell'universo e condividere la gioia presentazione dei personaggi fondamentali, da aned
ed e.nerg ia nucleare . 272 La Terra non è al centro da un ingrediente ignoto della scoperta con i numerosi grandi scienziati che ci doti curiosi, dalla cronologia dello sviluppo delle idee.
dell'universo L'energia oscura hanno svelato i segreti della natura. Sapere come siamo Non è soltanto un resoconto piuttosto preciso di come
''"'/ ~1.~! .r
Modelli dell'universo giunti alla nostra attuale conoscenza della fisica può progredisca la scienza, ma anche un modo più efficace
:~: ~~~ 308 I fili di un arazzo risultare importante ed entusiasmante quanto la cono di rendere viva la materia.
La teoria delle stringhe
~~ ~ 274 Né tempo assoluto scenza stessa.
/ /,,l,,'.... .. ~.r ' l~.\'\ ..'\ .. Lnaé rseplaatzivioit àa dssao Glualtiole o 312 Increspature dello Per questo la storia della fisica mi ha sempre affasci- mSpee. ro che a voi il libro piaccia tanto quanto è piaciuto a
spaziotempo
-- ad Einstein nato. Ritengo una vergogna che a scuola non ci inse-
....... Le onde gravitazionali
gnino a dovere come si siano sviluppati i concetti e le
-~--~
.. . .. -- --::::::- 275 Il Sole com'era 318 Altri scienziati idee della scienza. Siamo tenuti semplicemente ad ~8\~JruJ!
circa 8 minuti fa
... · .. :----..... La velocità della luce 324 Glossario accettarli senza metterli in discussione. Ma la fisica, e
328 Indice analitico di fatto tutta la scienza, non è così. Noi ci poniamo
··:.·.. · .:: ·.. . .:::· "'/11 l\~ 335 Citazioni interrogativi su come funzioni il mondo ed elaboriamo
336 Ringraziamenti congetture e ipotesi. Allo stesso tempo compiamo Jim Al-Khalili

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12 INTRODUZIONE
INTRODUZIONE
* • •
*
N oi esseri umani abbiamo delle stagioni alla piena annuale del oriente a occidente libri, storie e me sero le fondamenta della fisica clas a punto equazioni per descrivere lo
un'acuta percezione del no Nilo. In alcune zone vi erano periodi raviglie tecniche. Le idee provenienti sica, che avrebbe regnato suprema stretto rapporto fra elettricità e ma
' '
stro ambiente. Questa ca di relativa pace e abbondanza. In que da questa ricchezza culturale fecero per oltre due secoli. Capire il moto ci gnetismo: l'elettromagnetismo.
ratteristica fornitaci dall'evoluzione ci ste società alcuni uomini erano liberi uscire l'Europa dai secoli bui e inau consentì di costruire nuovi strumenti Nel 1900 sembrava ormai che vi
ha consentito di sfuggire a predatori di interrogarsi sulla nostra collocazio gurarono una nuova epoca illuminata, - le macchine-in grado di sfruttare fossero leggi in grado di spiegare tutti
più forti e più veloci. Per raggiungere ne nell'universo. Prima i Greci, poi i il Rinascimento. Iniziò una rivoluzio varie forme di energia per eseguire i principali fenomeni del mondo fisico.
tale risultato abbiamo dovuto impa Romani cercarono di dare un senso al ne della visione del mondo, in cui si un lavoro. Macchine a vapore e mulini Poi, nel primo decennio del XX seco N on si può evitare di provare
rare a prevedere il comportamento del mondo. Talete di Mileto, Socrate, Pla aggiornavano o si abbandonavano i ad acqua furono tra le invenzioni più lo, una serie di scoperte gettò nello soggezione nel contemplare
mondo vivente e di quello inanima tone, Aristotele e altri cominciarono a modi di pensare delle antiche civil importanti, che inaugurarono la rivo scompiglio la comunità scientifica, i misteri dell'eternità,
to. Le conoscenze acquisite in base rifiutare spiegazioni soprannaturali e tà, sostituendoli con nuove idee sulla luzione industriale (1760-1840). mettendo in discussione precedenti della vita, della meravigliosa
all'esperienza sono state trasmesse a ricercare la conoscenza mediante ri nostra collocazione nell'universo. Una "verità" e dando origine alla fisica mo struttura della realtà.
da una generazione all'altra mediante sposte razionali: iniziarono a condurre nuova generazione di sperimcntatori Evoluzione della fisica derna. Il tedesco Max Planck scoprì Albert Einstein
lo sviluppo del linguaggio e le nostre esperimenti. Con il crollo dell'Impero interrogò la natura per scopri mc i se Nel XIX secolo gli esiti degli esperi il mondo della fisica quantistica, poi ' '
doti cognitive, unite alla capacità di romano, nel mondo occidentale pre greti. In Polonia e in Italia, Copernico menti vennero ripetutamente messi il suo connazionale Albert Einstein
utilizzare strumenti, hanno insediato cipitato nei cosiddetti secoli bui mol e Galileo misero in discussione idee alla prova da vari scienziati, che pub presentò la teoria della relatività. Al
la nostra specie al vertice della catena te di queste idee andarono perdute, che da due millenni erano conside blicavano i loro risultati spiegando le tri scoprirono la struttura dell'atomo e
alimentare. Ci siamo diffusi uscendo ma rimasero vitali nel mondo arabo rate sacrosante, e il loro sistema di osservazioni con il linguaggio della spiegarono il ruolo di particelle suba
dall'Africa circa 60.000 anni fa, am e in Asia, dove gli studiosi continua pensiero fu aspramente avversato. matematica. Per interpretare le osser tomiche ancora più piccole, inaugu
pliando la nostra capacità di soprav rono a porsi domande e a effettuare Poi, nell'Inghilterra del XVII secolo, vazioni empiriche, alcuni elaborarono rando lo studio della fisica delle par dendo nuovi orizzonti man mano che
vivere in ambienti inospitali grazie sperimentazioni. Per documentare le leggi del moto di Isaac Newton po- modelli fondati su equazioni. Questi ticelle. Le scoperte non si limitavano venivano compiute nuove scoperte.
a una notevole ingegnosità. I nostri queste nuove conoscenze si inventò semplificavano la complessità della al mondo microscopico: con il perfe Molto probabilmente i suoi principali
antenati misero a punto tecniche che il linguaggio della matematica. Ibn al natura riducendola in frazioni più di zionamento dei telescopi si dischiuse settori di interesse oggi riguardano
consentivano di coltivare piante com Haytham (Aihazen) e ibn Sa hl furono ' geribili, facilmente descritte da sem anche lo studio dell'universo. i limiti del nostro mondo materiale,
mestibili in abbondanza, dando così soltanto due degli studiosi arabi che plici geometrie e relazioni matemati Nel giro di poche generazioni l'u su una scala che è molto più ampia
origine a comunità sedentarie. fra X e XI secolo tennero viva la fiam che. Si poterono così elaborare previ manità passò dall'idea di trovarsi al rispetto a quella degli esseri viven
ma della conoscenza scientifica, ep Chiunque studi opere sioni sui comportamenti della natura, centro dell'universo alla consapevo ti o, al contrario, è più piccola degli
Metodi sperimentali pure le loro scoperte, in particolare nel di scienza deve[. ..] esaminare che furono messe alla prova dai pio lezza di abitare un granello di polvere atomi. La fisica moderna ha trovato
Le società antiche assegnavano si campo dell'ottica e dell'astronomia, nieri della scienza sperimentale: se le ai margini di una galassia che è sol applicazioni in molti altri settori, fra
con la massima precisione
gnificati ad avvenimenti non correlati al di fuori del mondo islamico furono previsioni si rivelavano vere, i modelli tanto una fra miliardi di altre. Non sol cui le nuove tecnologie, la chimica, la
fra loro, vedevano collegamenti che ignorate per secoli. le prove e le spiegazioni. consentivano di esprimere leggi a cui tanto abbiamo osservato il cuore della biologia e l'astronomia. Questo libro
non esistevano e narravano storie mi Alhazen sembrava sottostare l'intera natura. Il materia sprigionandone l'energia, ma presenta le principali idee della fisi
tologiche. Inoltre, per incrementare le Epoca di idee nuove ' ' rapporto fra calore ed energia fu esa abbiamo anche sondato le distese ca, a partire dai concetti quotidiani e
risorse, creavano nuovi strumenti e In tutto il mondo. la diffusione dei minato dal fisico francese Sadi Car dello spazio attraverso la luce arriva da quelli più antichi, passando per la
metodi di lavoro, che richiedevano commerci e delle esplorazioni fu ac not e da altri, che fondarono la nuova ta a noi da un'epoca risalente quasi al fisica classica e arrivando al minusco
una conoscenza avanzata del funzio compagnata da uno scambio di idee. scienza della termodinamica. Il fisico Big Bang. Nel corso degli anni la fisica lo mondo subatomico, per concludere
namento del mondo, dall'avvicendarsi Mercanti e marinai trasportarono da britannico James Clerk Maxwell mise si è evoluta, diramandosi e dischiu- con le vaste distese dello spazio. •

16 INTRODUZIONE MISURAZIONE E MOTO 17
Il fis1co bntannico
lsaac Newton Le legg 1d el moto James Joule conduce
Il filosofo greco Euclide Il fisico olandese Chnst1aan Il rehg1oso mglese John pubblica 1P rincipia elaborate dal matematico esperimenti con cu1
Gli Eg1zi usano il scrive gli Elementi, uno L'astronomo polacco Niccolò Huygens inventa Wallis Ipotlzza che la e rivoluziona il svizzero Leonhard Euler dimostra che, quando s1
cubito per misurare de1 testi principali Copernico pubblica l'orologio a pendolo, che quantità di moto, il nostro modo di (Eulero) definiscono la converte da una forma
la lunghezza dell'epoca su De revolutionibus orbium consente agli scienziati prodotto della massa per intendere il moto quantità di moto e il a un'altra, l'energia
e calcolare i terreni geometria e caelestium, inaugurando la di misurare con precisione la velocità, si conservi dei corpi sulla Terra momento della non aumenta né
coltivati. matematica. rivoluzione scientifica. il moto degli oggetti. in tutti i processi. e nel cosmo. quantità di moto. diminuisce.
i i i i i i i i
J J J J J
Aristotele, usando Il filosofo francese Nicola d1 Galileo Galilei fa rotolare ll fisico francese Bla1se L'astronomo c La matematica francese Il fisico francese Le unità di misura
l'induzione a partire Oresme dimostra il teorema sferette lungo un piano Pasca! pubblica la legge matematico francese Émilie du Chételet Joseph-LOUIS con cu1 calcoliamo
dalle osservazioni per della velocità media, inclinato e dimostra che, della distnbuzione Gabnel Mouton propone scopre come calcolare Lagrange esprime Il nostro umverso
spiegare 1 fenomeni che indica la distanza indipendentemente dalla umforme della pressione le unità di misura del l'energia cinetica equazioni per vengono ndefimte e ora
della natura, elabora il percorsa dai corpi soggetti a loro massa, subiscono la m un liquido in uno sistema metrico, con d1 un corpo semplificare 1 calcoli dipendono soltanto
metodo scientifico. un'accelerazione costante. stessa accelerazione. spazio chiuso. metro. litro e grammo. m movimento m relazione al moto dalla natura.
L 'istinto di sopravvivenza ci mondo scambiando merci. I mercanti edifici rimasti senza eguali per mil scienziati scoprirono caratteristiche anche il linguaggio della matemati e di ripetere gli esperimenti per veri
induce a fare confronti. La acquistavano prodotti in abbondanza lenni e di inventare sistemi di colti costanti nel moto rettilineo, circola ca. Partendo dalle leggi del moto da ficarne gli esiti. A questo scopo oggi
nostra antica lotta per soprav e a basso costo in una località, poi vazione per nutrire la popolazione in re e oscillante, definendole poi con lui enunciate, il fisico inglese Isaac si usa il Sistema Internazionale (SI).
vivere, fondata sul reperimento di ci li trasportavano e li vendevano a un costante crescita. Con l'espansione precJsJone grazie allmguagg10 della Newton inventò il calcolo mfinitest Il valore dt ciascuna unità di misura
bo sufficiente per la nostra famiglia prezzo più elevato in un'altra località dei commerci fra l'antico Egitto e va matematica, un dono delle antiche male, che offrì una nuova possibJlt SI e il suo collegamento con ti mondo
e sull'accoppiamento con la persona dove quei beni erano scarsi. Quan rie parti del mondo, si diffuse anche ctv!ltà nelaborato nell'arco di van tà di descrivere le vanaz10ni di un che ci cnconda sono definiti e sta
giusta, è stata soppiantata: questi do lo scambio di merci crebbe e si l'idea di un linguaggio comune per le secoli nel mondo tslamico. Questa SIStema nel corso del tempo, e non biliti da un gruppo internazionale di
istinti primordiali si sono evoluti con espanse in tutto il mondo, le autorità misurazioni. disciplina offriva un metodo non più soltanto di calcolare singoli dati scienziati, i metrologi.
la nostra società nei loro equivalenti locali iniziarono a tassare i commer La rivoluzione scientifica (1543- umbtguo per comunicare gli esiti istantanei. Questo primo capitolo ripercorre
moderni caratterizzati da ricchezza ci e a imporre prezzi fissi. A questo 1700) comportò un'ulteriore neces degli esperimenti e consentiva agli Per spiegare l'accelerazione dei l'epoca antica della scienza che oggi
e potere. scopo necessitavano d1 m1sure unifi sità di simili sistemi di misura, che sctenz1ati di fare previs10m emetterle corpi in caduta libera, e poi anche chiamiamo fisica, descrivendone il
Non possiamo evitare di misurare cate per poter confrontare gli oggetti allo scienziato non servivano per lo alla prova con ulterion esperimenti. la natura del calore, emerse l'Idea di modo di operare mediante la speri
noi stessi, gli altri e il mondo che ci materiali. scambio d1 merci, bensì come stru Con un linguaggio e un sistema di un'entità mvisibile detta energta. Il mentazione e la comunicazione det
circonda. Alcune di tali misure sono mento per comprendere la natura. m1sura uguali per tutti, la scienza nostro mondo non poteva più essere risultati a tutto il mondo. Dalla caduta
interpretative e riguardano tratti d1 Linguaggio delle misure Non fidandosi del proprio istinto, gli progredi. Questi pionieri scoprirono definito soltanto in base a lunghezze. dei gravi con cui lo scienziato italiano
personalità che confrontiamo con le Consapevoli della relatività dell'espe scienziati misero a punto ambienti !legami fra distanza. tempo e veloci tempo e massa, ed erano necessari Galileo Galilei studiò l'accelerazione,
nostre sensazioni. Altre, come sta rienza delle persone, gli antichi Egizi controllati in cui mettere alla prova le tà ed esposero una loro sp1egazione nuovi sistemi di misura in riferimen fino ai pendoli oscillanti che aprirono
tura, peso, età, sono invece misure inventarono sistemi in grado di es connessioni tra i vari fenomeni: rea clelia natura, dedotta da esperimenti to all'energia. la strada al calcolo preciso del tempo,
assolute. sere comunicati senza distorsioni da lizzavano degli esperimenti. npetibili. Per comunicare i risultati degh è la storia di come gli scienziati co
Per molte persone del mondo sia una persona all'altra. Elaborarono il All'inizio le sperimentazioni ri esperimenti gli scienziati usano si minciarono a misurare le lunghezze,
antico sia moderno, una misura del pnmo sistema di misura, un metodo guardavano oggetti di uso quoti Misurazione del moto stemi di misura che offrono un lin il tempo, l'energ1a e ti moto, rivoluzio
successo era la ricchezza. Per fare unificato per quantificare il mondo. Il diano e avevano pertanto un effetto Le teorie scientifiche progredirono guaggio non ambiguo, per cut sono nando cosi 11 nostro modo di mten
fortuna, gli avventurieri giravano il cubito egizio consenti di progettare diretto sulla vita di ogni giorno. Gli raptdamente e frattanto si modificò in grado dt interpretare tali risultati dere il funzionamento del mondo. •
18 MISURAZIONE E MOTO 19
Cfr. anche: La caduta libera 32-35 • Misurazione del tempo 38-39 • Le unità SI
Definizioni varlabW
"ln costanti fisiche 58-63 • Calore e trasmissiOne 80-81
'
I!UOMO E Nel 1668 il religioso inglese
John Wilkins fece seguito
alla proposta di Stevino
di un'unità di misura
LA -MISURA di lunghezza proponendo
di definire il metro come la
distanza dell'oscillazione di
un pendolo avente un periodo
di 2 secondi. Il fisico olandese
DI TUTTE LE COSE
mozzo cub1to) e t'ser (16 dita, ossia 4 Le aste lunghe un cubito, come Christiaan Huygens (1629-
1695) calcolò questo valore in
palmi). Si usavano poi la canna (khet, questo esemplare della XVlll dinastia
100 cubiti) per misurare i confini dei dell'antico Egitto, ca. XIV secolo a.C., 997 mm. Nel 1889 si fuse una
MISURAZIONE DELLA LUNGHEZZA t:tlmpi e l'iteru (20.000 cubiti) per in erano in uso nel mondo antico e barra in lega di platino (90%)
consentivano misurazioni coerenti. e iridio (10%) perché
chcare distanze maggiori.
rappresentasse la lunghezza
In tutto il Medio Oriente si usava definitiva di 1 metro, ma
no cub1t1 di lunghezza variabile. Gli pollice di un uomo adulto), al piede e poiché a temperature diverse
O uando si iniziò a costruire za fra il gomito e la punta del dito Assai utilizzavano questa misura al m1gho. Il m1glio romano equivaleva la barra si dilatava e si
NEL CONTESTO strut_ture d1 dimensioni ben medio teso. Ovviamente, non tutti unorno al 700 a.C., mentre la Bibbia a 1.000 passi, mille passus, ciascuno contraeva leggermente,
prec1se. s1 rese necessano hanno l'avambracciO e il d1to medio Pbrmca contiene numerosi n ferimenti dei quali era pari a 5 pied1 romani. risultava precisa solo al
CIVILTÀ PROTAGONISTA punto di fusione del ghiaccio.
un metodo per misurare altezza e lun della stessa lunghezza, perciò questa nt cubiti, in particolare nel resoconto Fra il III secolo a.C. e il III secolo d.C.,
Antico Egitto La barra è tuttora conservata
ghezza. Probabilmente, i più antichi m1sura "unificata" era soltanto un'ap del hbro dell'Esodo sulla costruzione l'espansione colomale romana mtro all'Ufficio internazionale
PRIMA strumenti di m1sura erano primitivi prossimazione. dol Tabernacolo, la tenda sacra che dusse queste umtà di misura m gran dei pesi e misure a Parigi.
ca. 3500 a.C. Nell'antica bastoni di legno su cui erano segnate doveva ospitare le tavole della Leg parte dell'As1a occidentale e dell'Eu Nel 1960, quando si
Mesopotamia gli delle tacche. senza alcuna coerenza Misura imperiale (Je Gli antichi Greci misero a punto ropa, compresa l'Inghilterra, dove nel adottarono le definizioni del
amministratori usano in merito alla lunghezza di ciascu Gli antichi Egizi, prodigiosi architetti un loro cubito di 24 unità, nonché lo 1593 la regina Elisabetta I promulgò SI, il metro fu definito in base
un sistema di misura per na unità. La prima unità di misura e costruttori di monumenti dJ enormi Mad1o, una nuova misura equivalente una nuova definizione del miglio, fis alla lunghezza d'onda delle
diffusa fu il cubito, che emerse fra dimensioni, necessitavano di un'um n 300 cubiti. Nel III secolo a.C. lo stu sato a 5.280 piedi. emissioni elettromagnetiche
le dimensioni dei campi. di un atomo di cripto. Nel
il IV e il III millennio a.C. nei popoli tà di misura uguale per tutti. E infatti choso greco Eratostene (ca. 276-ca.
1983 si adottò una definizione
ca. 3100 a.C. I funzionari dell'Egitto, della Mesopotamia e della il cubito reale dell'Antico Regno egi 194 a.C.) stimò la circonferenza della Sistema metrico
ancora diversa: la distanza
dell'antico Egitto usano corde valle dell'Indo. Il termine cubito de zio è la più antica misura unificata Terra in 250.000 stadi, una cifra da lui Nel suo opuscolo del 1585 De Thien percorsa dalla luce nel vuoto
tese e annodate a intervalli riva dalla parola latina cubitum, che del cubito che sì conosca in tutto il 1n seguito affinata in 252.000 stadi. de (La decima), il fisico fiammingo in 1/299.792.458 di secondo.
regolari per misurare i terreni e significa gomito, e indicava la distan- mondo. In uso almeno dal 2700 a.C., Anche 1 Romani adottarono il cubi Stevino (Simon Stevin) propose un
le fondamenta degli edifici. aveva una lunghezza di 523-529 mm Lo. assieme al polhce (misura del dito sistema di misurazione decimale,
ed era suddiviso in 28 parti uguali, prevedendone la diffusione nel corso
DOPO
ognuna equivalente alla larghezza di del tempo. Oltre due secoli dopo, un
1585 Nei Paesi Bassi Stevino un d1to. ' ' comitato dell'Accademia francese ' '
propone un sistema di Gli scav1 archeologici ne1 s1t1 delle delle scienze diede m1zio all'elabora
numerazione decimale. piramidi hanno portato alla luce aste zione del sistema metrico decimale,
1799 La Francia adotta il di legno, ardesia, basalto e bronzo definendo il metro come un decimì
Prepara pure assi di legno
prototipo di platino del metro. aventi un cubito dJ lunghezza, che lionesimo della distanza fra l'equa Il miglio sarà suddiviso
di acacia per il Tabernacolo;
venivano utilizzate come misure da tore terrestre e il Polo Nord. Il metro, in otto furlong, ogni furlong
1875 Sottoscritta da 17 Paesi, artigiani e architetti. La piramide di [. ..] ognuno sarà lungo indicato da un prototipo di platino, fu in quaranta pertiche,
la Convenzione del metro Cheope a Giza. dove nella camera del dieci cubiti e largo adottato nel1799. e ogni pertica sarà
concorda una lunghezza fissa re è stato trovato un cubito dì questo un cubito e mezzo. Il riconoscimento a livello mondia di sedici piedi e mezzo.
per questa unità di misura. genere, fu costruita con un'altezza di Esodo 26,15-16 le giunse soltanto nel1960, quando il Regina EHsabetta I
1960 L'114 Conferenza generale Il cubito reale egizio mdicava la 280 cubiti e una base quadrata di 440 ' ' Sistema Internazionale (SI) indicò il ' '
dei pesi e misure stabilisce il lunghezza dell'avambraccio, dal gomito cubiti per lato. Gh Egizi suddivideva metro come fondamentale unità dì
Sistema Internazionale (SI) alla punta del dtto medto. Era suddivtso no ulteriormente il cubito in palmi (4 m1sura dì lunghezza. Si concordò che
m 28 dtta e m vane unità mtermedte, dita), mani (5 dita), spanne corte (12 1 metro (m) fosse pari a 1.000 milli
delle unità di misura.
fra cuttl palmo e la mano dita), spanne lunghe (14 dita, ossia metri (mm) o a 100 centimetri (cm). •
MISURAZIONE E MOTO 21
NEL CONTESTO Cfr. anche: La caduta libera 32-35 • Le unità SI e le costanti fis1che 58-63 • Luce
focalizzata 170-175 • Modelli dell'umverso 272-273 • La materia oscura 302-305
UNA DOMANDA
PROTAGONISTA
Aristotele (ca. 384-322 a.C.)
PRIMA Gli scienziati formulano
Il punto di partenza del
' 585 a.C. Il matematico e un'ipotesi (congettura
PRUDENTE E metodo scientifico è
filosofo greco Talete di Mileto che spiega
l'osservazione.
analizza il moto del Sole e della un'osservazione).
Luna prevedendo un'eclisse di
Sole.
METÀ SAPIENZA
DOPO
1543 Le opere De
Si compie un esperimento per mettere alla prova l'1potes1.
revolutionibus orbium
Aristotele
caelestium di Niccolò
IL METODO SCIENTIFICO
Copernico e De humani Figlio del medico di corte
corporis fabrica di Andrea della famiglia reale macedone,
Vesalio si basano su Aristotele rimane orfano
Dall'esperimento s1 raccolgono dati. in giovane età ed è affidato
osservazioni dettagliate
a un tutore. Verso i 17 anni
e segnano l'inizio della
entra a far parte
rivoluzione scientifica.
dell'Accademia di Platone
1620 Francesco Bacone ad Atene, il principale centro
di cultura della Grecia. Nei
propone il metodo induttivo, Se i dati corroborano
due decenni successivi si
con cui si stabiliscono l'ipotesi, si ripete Se i dati confutano occupa e scrive di filosofia,
generalizzazioni a partire l'espenmento per l'ipotesi, questa viene astronomia, biologia, chimica,
da osservazioni accurate. accertarsi che i risultati riveduta. geologia e fisica, nonché di
siano esatti. politica, poesia e musica.
Inoltre trascorre un periodo
a Lesbo, dove compie
L 'attenta osservazione e un
osservazioni innovative
atteggiamento critico nei
su flora e fauna dell'isola.
confronti dei risultati sono
Attorno al343 a.C. Aristotele
fondamentali per Il metodo scienti Alla fine l'ipotesi viene accettata e considerata vera. viene invitato da Filippo II
fico, che è alla base della fisica e di di Macedonia a fare da
tutte le scienze. Poiché è facile che precettore a suo figlio, il
le conoscenze e le ipotesi prece futuro Alessandro Magno.
denti distorcano l'interpretazione o d1 morte molto tempo pnma che si registrare insultati ottenuti. Uno dei Nel335 fonda ad Atene il
Liceo, una scuola dove scrive
dei dati, il metodo scientifico segue utilizzasse la scrittura per esprimere primi a rifiutare le spiegazioni so
molti dei suoi trattati
una procedura fissa. Sulla base delle 1dee. Per spiegare i fenomeni naturali prannaturali dei fenomeni naturali fu
scientifici più noti.
osservazioni si esprime un'ipotesi, e ntenendo che gli avvenimenti fos il greco Talete di Mileto. In seguito. Nel322 abbandona Atene
che poi viene messa alla prova spe sero prestabiliti, in molte società si i filosofi Socrate e Platone usarono il e si stabilisce sull'isola di
rimentalmente. Se viene smentita, svilupparono mitologie o si attnbui dibattito come metodo per far progre Eubea, dove muore all'età
può essere riveduta e riesaminata, rono tutte le cose a un dono degli dèi. dire la conoscenza, ma fu Aristotele di circa 62 anni.
se si nvela fondata viene sottoposta -prolifico studioso di fisica, biolog1a
a una revisione md1pendente da par Antichi studi e zoologia- il primo a mettere a pun
te di colleghi esperti in materia Gli Le prime civiltà del mondo sorte in to un metodo scientifico di indagine
esseri umam hanno sempre cercato Mesopotamia, Egitto, Grec1a e Cina applicando il rag1onamento logico a1 Opere prlDc:lpaU
di comprendere il mondo circostan erano già abbastanza avanzate da fenomeni osservati. Era un empirico,
Metafisica
te, e la necessità di repenre cibo e poter sostenere il lavoro di studiosi sostenitore dell'idea secondo cui la
Sulle meteore
capne l'andamento delle condizioni eli "filosofia naturale", pensaton che conoscenza s1 basa sull'esperienza
Fisica
atmosferiche erano questioni di vita cercavano di interpretare il mondo e derivata dai sensi, e la ragione da sola
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22 IL METODO SCIENTIFICO MISURAZIONE E MOTO 23
I disegni anatomici del1543 pendolo e la caduta dei gravi. Elaborò da formulare assiomi (procedimen
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riflettono la maestria di Vesalio e ipotesi per spiegarle, quindi compì ul to detto "per induzione"), facendo
portano a un nuovo livello lo studio teriori osservazioni per mettere alla però attenzione a non generalizza
del corpo umano, immutato dai tempi
prova tali ipotesi. Grazie alla nuova re al di là di ciò che dicono i dati;
del medico greco Galeno (129-216 d.C.).
tecnologia del cannocchiale scoprì quindi raccogliere ulteriori dati per
Se un uomo parte da certezze,
quattro satelliti in orbita attorno a costruire una base di conoscenza
Una volta che sono state poggio fornito dalla Chiesa cattolica, terminerà con i dubbi, Giove, avvalorando così il modello sempre più ampia.
scoperte, tutte le verità contraria a concetti che mettessero ma se si contenta eliocentrico di Copernico: secondo il
sono facili da capire. in discussione la sua interpretazione di cominciare con dubbi, sistema geocentrico, tutti i corpi ce Scienza non dimostrata
Il difficile è scoprirl e. della Bibbia- finché, nel XVII secolo, terminerà con certezze. lesti orbitano attorno alla Terra. Nel Se le affermazioni scientifiche non
Gallleo Galilei fu soppiantata dalle idee di Coperni Francesco Bacone 1633 Galileo fu processato dall'Inqui possono essere verificate, non sono
' '
' ' co, Galileo e Newton. sizione della Chiesa romana, dichiara necessariamente errate. Nel 1997
to colpevole di eresia e posto agli ar gli scienziati del laboratorio del
Prove e osservazioni resti domiciliari per l'ultimo decennio Gran Sasso affermarono di aver
Lo studioso arabo ibn al-Haytham della sua vita. Continuò a pubblicare rilevato prove della materia oscu
(Alhazen) fu un sostenitore del me inviando di nascosto le sue opere in ra, che si ritiene costituisca circa
todo scientifico. Attivo fra X e XI se Olanda, lontano dalla censura della il 27% dell'universo. A loro parere,
non è sufficiente a risolvere i problemi colo, elaborò un metodo sperimentale Andrea Vesalio rivoluzionò il modo Chiesa. la sorgente più probabile sarebbero
scientifici: sono necessarie le prove. per dimostrare o confutare le ipotesi. dt tntendere la medicina con la sua Sempre all'inizio del XVII secolo, il le particelle dotate di massa debol
Viaggiando molto, Aristotele fu il pri La sua opera più importante riguarda opera in vari volumi sull'anatomia filosofo inglese Francesco Bacone mente interagenti (Wimp), rilevabili
mo a compiere dettagliate osservazio l'ottica, ma Alhazen fornì contributi umana, pubblicata nel1543. Proprio (Francis Bacon) consolidò l'impor sotto forma di minuscoli lampi di
ni zoologiche, e a classificare gli esse significativi anche all'astronomia e al come Copernico fondava le sue ipote- tanza di un atteggiamento metodico luce (scintillazioni) quando una
ri viventi in base al comportamento e la matematica. Effettuò esperimenti 11 su osservazioni dettagliate, Vesalio e scettico nei confronti dell'indagine particella colpisce il nucleo di un
all'anatomia. Andò per mare con i pe con la luce solare, con la luce riflessa emergesse in maniera indipendente unahzzava ciò che scopriva dissezio scientifica. Secondo Bacone, l'unico atomo "bersaglio". Thttavia, mal
scatori per raccogliere e dissezionare da sorgenti artificiali e con la luce ri in Europa nel corso della rivoluzione nando le parti del corpo umano. modo per edificare la vera conoscen grado l'impegno di altri gruppi di
pesci e altri organismi marini. Sco fratta. Per esempio, mise alla prova - e scientifica. Thttavia, nell'Europa del za è fondare assiomi e leggi su dati ricerca nel replicare l'esperimento,
prendo che i delfini hanno polmoni, li confermò - l'ipotesi secondo cui ogni XVI secolo l'idea di mettere in discus Metodo sperimentale di fatto osservativi, senza affidarsi non è stata trovata alcuna altra pro
inserì nella stessa categoria delle ba punto di un oggetto luminoso irradia sione le convinzioni consolidate, e di Lo studioso Galileo Galilei considera (nemmeno parzialmente) a deduzioni va della materia oscura. È possibile
lene e non in quella dei pesci, e separò luce in linea retta in tutte le direzioni. abbandonarle se si dimostra la validi VII la sperimentazione fondamentale e congetture non dimostrate. Il me che vi sia una spiegazione ancora
gli animali a quattro zampe, che sono Purtroppo, i metodi di Alhazen tà di una spiegazione alternativa, non por 11 metodo scientifico. Galileo re todo baconiano richiede di compiere non individuata, o che le scintilla
vivipari (mammiferi), da quelli che so non furono adottati al di fuori del mon era il modo di vedere prevalente. Le <JIStrò attentamente le sue osserva osservazioni sistematiche per stabi zioni siano state create da atomi di
no ovipari (rettili e anfibi). Thttavia, do islamico, e ci sarebbero voluti cin autorità della Chiesa respinsero molte t.toni relative a vari argomenti, fra cui lire dati verificabili; di generalizzare elio, presenti nei tubi fotomoltipli
in altri settori era ancora influenzato que secoli perché un metodo analogo idee scientifiche, come l'opera dell'a ti moto dei pianeti, l'oscillazione del a partire da una serie di dati in modo catori utilizzati nell'esperimento. •
da idee tradizionali prive di un vali stronomo polacco Niccolò Copernico,
do fondamento scientifico. Non mise il quale compì minuziose osservazioni D metodo scientifico In pratica
in discussione la diffusa concezione a occhio nudo del cielo notturno, of
geocentrica, secondo cui il Sole e le frendo una spiegazione del moto tem Nel 1944 fu individuato l'acido dei raggi X avrebbe presentato
stelle ruotano attorno alla Terra. Nel poraneamente retrogrado ("all'indie desossiribonucleico (DNA) quale una forma a X. A partire dal 1950,
III secolo a.C. un altro studioso greco, tro") dei pianeti, di cui il sistema ge portatore delle informazioni la scienziata britannica
Aristarco di Samo, sostenne che la ocentrico non aveva mai dato conto. genetiche nel corpo umano, e Rosalind Franklin mise alla
fu dimostrato che chimicamente prova questa ipotesi eseguendo
Terra e i pianeti conosciuti orbitano Copernico comprese che il fenomeno
è costituito da 4 molecole diverse, una diffrazione dei raggi X su
attorno al Sole, che le stelle sono dei è dovuto al fatto che la Terra e gli altri
dette nucleotidi. Tuttavia, non DNA cristallino puro. Dopo due
lontanissimi equivalenti del "nostro" pianeti si spostano attorno al Sole su era chiaro come tali informazioni anni di affinazione della tecnica,
Sole e che la Terra ruota attorno al orbite diverse. Sebbene non dispo genetiche venissero conservate le sue analisi rivelarono una
proprio asse. Sebbene fossero giuste. nesse degli strumenti per dimostrare nel DNA. Tre scienziati- Linus figura a forma di X (ben visibile
queste idee non furono accolte perché la validità della concezione eliocen Pauling, Francis Crick e James nella "foto 51"), dimostrando
si attribuiva un'autorità maggiore ad trica, il suo uso dell'argomentazione Watson - avanzarono l'ipotesi cosi che il DNA ha una struttura
Aristotele, e più tardi a Tolomeo che CIlo mpoerdneilcloo ,e clhioe cceonlltorciac oil dSio le razionale per mettere in discussione Nneel1ll9a5 f2o, tsoi v5e1d, sec laa tdtaiftfara dzaiollnae F dreain klin ac heeli icla D, Ne Agr aavziees sae s utundai s ctoruntdtoutrtai aC reilcikc ae. WL'iaptostoens ie drai Pdaimuloinsgtr, ata
si ispirava alle sue idee. In effetti, la (in greco hélios) al centro delle il pensiero dominante faceva di lui un raggi X nel DNA umano. La figura a X da altri scienziati compresero che e costitui il punto di partenza
visione geocentrica dell'universo fu orbite planetarie, fu approvato dagli vero scienziato. Più o meno nello stes è dovuta alla struttura a doppia elica. in tal caso la figura di diffrazione di ulteriori studi sul DNA.
considerata vera-anche grazie all'ap- scienziati ma condannato dalla Chiesa. so periodo. l'anatomista fiammingo