La Fisica non è un’opinione

“La Fisica non è un’opinione” è il titolo di un incontro-scontro con insegnanti (per lo più laureati in matematica) sul rapporto tra la matematica e la fisica. L’incontro si è tenuto il 10 febbraio 2017 presso il Dipartimento di Matematica di Sapienza, nell’ambito delle iniziative del Piano Lauree Scientifiche.

Il mio esordio è stato abbastanza divertente, avendo confessato che il vero titolo che avrei voluto dare all’incontro non era quello di questo post, ma “La Matematica è un’opinione”. Poi ho pensato che sarebbe stato troppo provocatorio e così ho ripiegato su un titolo meno soggetto a fraintendimenti.

Analizzando il contenuto dei libri di fisica per le scuole e per l’Università si trovano un certo numero di affermazioni discutibili, cui di norma nessuno presta attenzione e che si tramandano così dai tempi di Galileo Galilei, senza che alcuno senta la necessità di riflettere su di esse.

La prima riguarda l’oggetto della Fisica che, secondo i libri che ho consultato, riguarderebbe lo studio dei fenomeni naturali. Basta dare un’occhiata alle pubblicazioni dei fisici per capire che della fisica non fanno parte fenomeni naturali come l’amore, mentre sono oggetto d’indagine fenomeni come le oscillazioni dei valori delle azioni in borsa che certo naturali non sono. La verità è che la fisica riguarda tutti i fenomeni misurabili, per i quali, cioè, esiste uno strumento e una procedura che permette di associare un valore (non necessariamente numerico) a quella che i fisici chiamano grandezza fisica.

Per descrivere i rapporti e l’evoluzione temporale di questi valori i fisici usano la matematica, semplicemente perché la matematica è un linguaggio e come tutti i linguaggi possiede una sufficiente arbitrarietà per descrivere qualsiasi cosa.

In questa accezione la Matematica è un’opinione nel senso che un matematico ha la totale libertà di inventare i postulati a partire dai quali costruisce, secondo un metodo che non ha più niente di arbitrario, una matematica. Non è un mistero per nessuno che esistono più Matematiche alternative: esistono Matematiche in cui le parallele non s’intersecano e quelle in cui lo fanno, Matematiche in cui 2+2 fa 4 e altre in cui fa un numero qualunque compreso tra 0 e 4, e così via.

A differenza di un matematico, un fisico non può stabilire principi a priori sui quali basare la sua scienza. Il fisico è costretto ad accettare come verità (e quindi come postulati delle sue teorie) i fatti sperimentali, almeno fino a quando non si verificheranno fatti che facciano ritenere tali postulati non più validi in certe condizioni. Non si costruiscono teorie prive di fatti sperimentali a loro supporto.

In questo senso la Fisica non è un’opinione. I fatti sono fatti e le loro interpretazioni devono essere coerenti con essi. Che ci piaccia o no. Se si accetta questo principio la fisica moderna (quella della relatività e dei fenomeni quantistici) non appare più così ripugnante. Lo è solo per coloro che immodestamente pretendono di dettare Legge su come l’Universo debba comportarsi.

Al fine di far comprendere agli studenti che è la fisica a non essere un’opinione e non la matematica, sarebbe dunque giusto introdurre la matematica, nei corsi di fisica, non in maniera assiomatica, come si fa spesso, ma giustificando le scelte di volta in volta con opportuni argomenti. E far loro apprezzare la bellezza della matematica nella quale c’è molto più spazio per la creatività e la fantasia. La matematica è un’arte, né piú, né meno della pittura, della musica, della letteratura, etc..

Nel corso dell’incontro ho fatto solo alcuni esempi di come si potrebbe insegnare l’uso degli strumenti matematici nella fisica in modo alternativo: dall’algebra vettoriale alla definizione di forza, di lavoro e di stato, passando per la definizione di derivata e l’uso delle funzioni di variabile continua. Presto lavorerò a una pubblicazione su questi argomenti.

Il meccanismo di Higgs per tutti

È stato da poco dato alle stampe il mio ultimo articolo su come illustrare il Meccanismo di Higgs che fornisce massa alle particelle elementari al grande pubblico. Dalla scoperta della particella si sono moltiplicati i tentativi di rendere accessibile e comprensibile un meccanismo così complesso. Anch’io ho fatto la mia parte con alcuni modelli semplificati: uno più tecnico, con due articoli [1][2], ripreso nel mio testo di Fisica Sperimentale, e un altro adatto a un pubblico più generico come nel caso del video che trovate qui. Ho anche registrato una puntata di FISICAST al riguardo.

Un ulteriore tentativo di rendere comprensibile il meccanismo l’ho fatto con un articolo pubblicato da poco sulla rivista Physics Education, che trovate qui (sito dell’editore) o qui (arXiv). L’articolo ha per titolo “A ball pool model to illustrate Higgs physics to the public” e si può citare come 2017 Phys. Educ. 52 023001. L’identificatore del documento (DOI) è 10.1088/1361-6552/aa4f8a.

Grazie alla Sig.ra Miriam di “Tutto Gonfiabili” per avermi concesso l’uso delle loro immagini.

[1] “The Higgs mechanism for undergraduate students”, in Nucl. Part. Phys. Proc. 273–5 2572–4.

[2] “Unveiling the Higgs mechanism to students” in Eur. J. Phys. 33 1397–406.

Fisica Sperimentale: nuova edizione

Una nuova edizione del mio e-book “Fisica Sperimentale” è ora disponibile alla pagina dei Link. La nuova versione è molto più ampia delle precedenti e contiene praticamente tutto quello che è necessario per un corso di fisica completo (almeno per come lo intendo io). Manca solo un capitolo relativo agli esperimenti per la misura della velocità della luce e all’esperimento di Michelson e Morley e un paragrafo sugli oscillatori forzati, utile per spiegare il funzionamento delle antenne.

Si potrebbe introdurre un capitolo sui fluidi, ma non lo ritengo fondamentale. Il fatto è che il mio corso di fisica è pensato allo scopo di portare lo studente a comprendere di cosa è fatto l’Universo e come funzioni. Per questa ragione è molto diverso dai corsi tradizionali.

Gli argomenti sono presentati in una sequenza diversa e innovativa. L’obiettivo non è quello di trasmettere nozioni di fisica, ma di costruire una visione del mondo a partire dalle osservazioni sperimentali. Partendo dalla misura e quindi dalla definizione operativa del concetto di temperatura, si passa a cercare di capire la natura del calore. Si osserva che gli oggetti si scaldano esponendoli alla luce o se vengono colpiti violentemente da un altro oggetto. Questo porta allo studio delle proprietà della luce e quindi delle onde, da una parte, e a quello del moto dall’altra. Lo studio del moto induce a pensare che i corpi estesi siano formati di particelle più piccole e il modo migliore per studiare sistemi di molte particelle è quello di scegliere insiemi di particelle non interagenti: per questo si studiano le proprietà dei gas dalle quali si arriverà alla formulazione delle leggi della termodinamica. In questo modo il concetto di energia risulta molto più comprensibile e funzionale all’obiettivo che ci poniamo all’inizio. La scoperta dei fenomeni elettromagnetici porterà alla formulazione di ipotesi sulle interazioni cui sono soggette le particelle che costituiscono i corpi e quindi all’identificazione delle prime particelle elementari.

Il libro termina con l’introduzione alla fisica moderna che, grazie all’accorta preparazione fatta durante l’esposizione della fisica classica, non è più presentata come qualcosa di misterioso, ricco di paradossi e assurdità, ma come una naturale estensione dei concetti della fisica classica. Nella prima parte, infatti, s’insiste molto sul concetto di stato e del ruolo che ha la misura in fisica. Questi concetti sono di norma trascurati nei testi tradizionali ed è per questo che la meccanica quantistica o la fisica della relatività paiono “strane“. Se invece si prepara il terreno opportunamente queste parti della fisica moderna appaiono decisamente più “normali” e “naturali“.

Ci sono ancora piccoli aggiustamenti da fare: qualche dato sperimentale mancante, filmati da aggiungere, link da sistemare, etc.. Nella prossima edizione sistemeremo anche questi, insieme agli inevitabili errori che certamente ci saranno e che spero mi segnalerete leggendo le mie note.

Potete contribuire allo sviluppo di questo testo segnalando eventuali errori o proponendo riformulazioni degli argomenti trattati, oppure ancora donando una cifra (piccola, mi raccomando) usando PayPal (leggete la prefazione per sapere perché).

Il testo è disponibile in tre formati: completo, da fruire su un tablet o un computer con filmati incorporati nel testo; light, sempre da fruire su un tablet o un computer, ma con soltanto i link ai filmati (è quindi necessario un collegamento a Internet); da stampare, in formato portrait, evidentemente senza elementi multimediali, ma con tutte le informazioni per raggiungerli attraverso qualsiasi browser. I tre formati sono disponibili a questo indirizzo: http://www.roma1.infn.it/people/organtini/publications/, insieme ad altre risorse.

La Terra è sferica?

Grazie a un tweet di @liviagiacomini ho scoperto un bel post sul blog di Le Scienze a cura di Salvo Di Grazia. Nel post l’autore metteva in dubbio una delle teorie più accreditate della scienza: il fatto che la Terra abbia forma approssimativamente sferica (teorie è scritto in corsivo perché non si tratta di una teoria, ma di un fatto sperimentale).

Il post riporta tutta una serie di evidenze che negherebbero l’affermazione secondo la quale la Terra è sferica e ha scatenato, com’era facile prevedere, una lunga serie di commenti, alcuni dei quali farciti di insulti o allusioni sulle competenze o le idee politico-religiose dell’autore.

La seconda parte del post svela, a chi non lo aveva capito, il vero argomento della prima parte: l’autore, naturalmente, non crede affatto che la Terra sia piatta, ma finge, in modo più o meno evidente, di essere uno di coloro che, al contrario, lo credono sul serio, avanzandone gli stessi argomenti.

L’esperimento è interessante perché, come osserva l’autore nel secondo post, nessuno ha pensato di confutare scientificamente gli argomenti avanzati, ma è stato semplicemente coperto d’insulti. La cosa preoccupante è che questo accade spesso nei dibattiti che hanno come sfondo nozioni di carattere scientifico: se uno scienziato andasse in TV a sostenere che è meglio il nucleare del carbone, o che il riscaldamento globale non è colpa dell’uomo, o che la ricerca sulle cellule staminali non può portare allo sviluppo di cure sensate, i suoi argomenti non verrebbero contrastati su basi scientifiche, ma su basi del tutto diverse: ideologiche, politiche, religiose, etc..

Fermo restando che ognuno può avere le proprie convinzioni politiche, etiche, religiose e morali, queste non si dovrebbero confondere con il piano scientifico. Ciascuno può pensarla, dal punto di vista etico e morale, come crede. Ma non si dovrebbe cercare di cambiare il punto di vista altrui attraverso argomenti che suonano come scientifici, ma non lo sono.

Le persone non sono abituate a confrontarsi su temi di natura scientifica in modo scientifico. E questo è grave perché nel momento in cui ciascuno è chiamato a esprimersi politicamente sulla questione, essere ignoranti (nel senso etimologico del termine) in questo campo è pericolosissimo.

Va detto che la scienza non è la depositaria della Verità. Uno scienziato sa che ogni sua convinzione potrà, prima o poi, essere soggetta a revisioni più o meno profonde qualora si scoprissero nuovi fenomeni o nuove interpretazioni di fenomeni già noti di cui (di solito) si sa già poco. È successo molte volte in passato e succederà ancora.

Il modo giusto di affrontare il dibattito non consiste nell’insultare l’autore del blog o di affermare che è un cretino: lo si può pensare, ma non si può ritenere che il gridarlo con forza debba condurre gli altri a schierarsi con sé stessi. È una perdita di tempo e provoca soltanto l’inutile acuirsi di tensioni tra le fazioni. Se si vuole avere un atteggiamento serio si devono avanzare argomenti scientificamente sensati: bisogna spiegare perché e dove i ragionamenti proposti per dimostrare che la Terra è piatta sono sbagliati e come fare esperimenti che dimostrino il contrario; in alternativa si possono addurre controargomenti (se la Terra fosse piatta come si spiega, per esempio, il fatto che l’ora del giorno non è la stessa in tutti i punti della Terra nel medesimo istante?). Se non si ha la forza di convincere con solidi argomenti l’interlocutore, allora, a un certo punto, meglio tacere.

Un buon esercizio per tutti (me compreso) mi pare il seguente: leggete gli argomenti avanzati dai sostenitori della teoria della Terra piatta e smontateli con argomenti scientificamente fondati (che significa verificabili sperimentalmente).