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a cura del
Prof. Fausto Bersani Greggio
...Mi è sempre sembrato strano che le leggi fondamentali della fisica, una volta scoperte, possano apparire in così tante diverse forme che a prima vista non sembrano identiche, ma che con un po' di gioco matematico si riesca a mostrarne le relazioni...Non so perché sia così - rimane un mistero, ma era qualcosa che avevo imparato dall'esperienza, C'è sempre un altro modo di dire la stessa cosa che non assomiglia affatto al modo in cui l'hai detta prima. Di fatto non conosco la ragione. Penso sia in qualche modo una rappresentazione della semplicità della natura...(Richard P. Feynman - 1966).
Perché ho deciso di costruire un sito?
Mi chiamo Bersani Greggio Fausto e sono laureato in Fisica. Dal 1988 mi occupo di ricerca e didattica e dal 1993 insegno Fisica al Liceo Scientifico A. Volta (Riccione). Quest'anno (2015) ho deciso di realizzare un mio sito didattico dedicato alla Fisica per questo corso di studi (...e non solo, nel senso che mi interessano molto anche le ricadute di questa scienza meravigliosa nella nostra vita quotidiana).
Ovviamente mi aspetto che i maggiori fruitori del sito saranno i miei studenti. Infatti proprio per questo motivo ho realizzato delle aree specifiche destinate alle mie classi su cui "postare", come dicono quelli che hanno un pregiato linguaggio digitale, appunti di lezioni, dati sperimentali, filmati, foto e tutto quanto possa essere utile a comprendere cosa significhi fare "ricerca scientifica".
Tuttavia ritengo che questo angolo informatico non sia esclusivo per un gruppo di studenti, ma aperto a tutto il web, nell'ottica più significativa e più efficace della rivoluzione digitale, ossia avvicinare persone ed idee che sono "fisicamente" lontane e non allontanare persone vicine.
Cosa significa fare ricerca? Un problema di metodo
Il verbo "cercare", etimologicamente, deriva dal latino tardo cĭrcare ossia "andare intorno".
Molto probabilmente esiste anche una contaminazione con la parola "crisi" che deriva dal verbo greco krino = separare, discernere, giudicare, valutare. Nell'uso comune può assumere un'accezione negativa, in realtà per lo scienziato la crisi è un punto di sVolta, per citare il nostro sito. I grandi progressi conoscitivi, le grandi rivoluzioni culturali sono sempre nate da situazioni di criticità, di conflitto.
Quando ci approcciamo ad affrontare un problema noi cerchiamo una risoluzione (dal latino resolvĕre, ossia "sciogliere", "slegare"), cioè cerchiamo di sciogliere dei nodi. Per usare un'analogia ottica pensate quando osservate da lontano, in piena notte, una luce che vi si sta avvicinando. Fino a quando non sarà sufficientemente vicina non saprete se si tratta del faro di una moto o della luce emessa dai due fari di un'auto. La capacità risolutiva dei nostri occhi non ci consente di separare correttamente le sorgenti luminose.
Quindi il ricercatore è colui che innanzi tutto coltiva il dubbio, mettendo costantemente in discussione le proprie conoscenze, muovendosi attorno ad un problema nell'intento di separarne gli elementi fondamentali.
Le formule sono l'ultimo passo di questo percorso. Partire da una formula per risolvere un problema complesso è come cercare un ago in un pagliaio. L'ideale sarebbe cercare di rendere tridimensionali le idee, materializzare l'immaginazione, o, per citare A. Einstein, realizzare un esperimento mentale (trad. del ted. Gedankenexperiment), ossia un esperimento virtuale, concettuale, immaginario volto a testare un’ipotesi o una teoria. Spesso tale approccio, nella storia della fisica, ha assunto un carattere rilevante, il più delle volte a causa di limitazioni pratiche che impedivano l'esecuzione di un esperimento reale.
E' chiaro che il metodo sperimentale Galileiano ci impone sempre la verifica in laboratorio di una qualsiasi teoria la quale deve dimostrarsi solida nel senso di essere riproducibile, tuttavia lo studente, nel proprio privato, non ha sempre a disposizione i materiali necessari per effettuare una prova empirica, quindi cerchiamo di allenarci ad immaginare l'evolversi di un evento separandone gli aspetti più importanti e non scoraggiamoci, perché la natura non è poi così complicata come sembra (leggete la frase di Feynman all'inizio di questa home page)
Qualche stimolo...tanto per cominciare un po' di laboratorio te lo puoi portare a casa...
In ogni caso gli stimoli aiutano e oggi le risorse non ci mancano: se ti colleghi a questo sito Fisica Animazioni/Simulazioni (vascak.cz) puoi trovare un elenco di esperimenti interattivi da cui puoi iniziare. Cerchiamo anche di non essere prevenuti nei confronti di filmati un po' datati ed in bianco e nero, ce ne sono alcuni che sono imperdibili.
Un altro sito che vi consiglio con link divulgativi, alcuni molto interessanti e ben realizzati, è http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=3&Itemid=20.
Un'altra vera e propria miniera di idee e strumenti didattici si può trovare al seguente indirizzo http://physics-it.blogspot.it/
Buona visione
... a proposito di metodo scientifico
Il significato del metodo scientifico è tratteggiato in modo estremamente lucido in questo filmato di pochissimi minuti durante una lezione di R. Feynman
”Ora vediamo come si fa a scoprire una nuova legge. In generale, il procedimento per scoprire una nuova legge è questo: per prima cosa tiriamo ad indovinare... non ridete, è proprio così che facciamo; poi calcoliamo le conseguenze della nostra intuizione per vedere quali circostanze si verificherebbero se la legge che abbiamo immaginato fosse giusta; infine confrontiamo i risultati dei nostri calcoli con la natura, con gli esperimenti, con l’esperienza, con i dati dell’osservazione, per vedere se funziona. Se non è in accordo con gli esperimenti... è sbagliata. In questa piccola affermazione c’è la chiave della scienza.
Non importa quanto bella sia la tua intuizione, non importa quanto intelligente sia la persona che l’ha formulata, o quale sia il suo nome: se non è in accordo con gli esperimenti... è sbagliata, è tutto qui.
Ora, immaginate di aver avuto una buona intuizione e di aver calcolato che tutte le conseguenze della vostra premessa sono in accordo con gli esperimenti, la teoria è giusta? No, semplicemente non si è potuto dimostrare che sia sbagliata, perchè in futuro, un numero maggiore di esperimenti potrebbe scoprire qualche discrepanza e la teoria si rivelerebbe sbagliata. E’ per questo che le leggi di Newton per il moto dei pianeti sono rimaste valide per così tanto tempo: ha ipotizzato la legge della gravitazione e con questa ha calcolato i moti dei pianeti e li ha confrontati con gli esperimenti e ci sono volute diverse centinaia di anni prima che un minuscolo errore nel moto di mercurio fosse osservato. Durante tutto quel tempo nessuno era stato in grado di dimostrare che la teoria fosse sbagliata e poteva essere considerata temporaneamente giusta, ma non può mai essere dimostrata giusta perché le osservazioni di domani possono svelare che quello che credevamo giusto era in realtà sbagliato".
Per cui non abbiamo mai la certezza di essere nel giusto, possiamo essere sicuri solo di esserci sbagliati.”
(Feynman)
In questo percorso il più delle volte si fa ricorso all'uso di modelli. Un modello è una descrizione semplificata di un insieme di fenomeni complessi, che si basa su osservazioni e su leggi sperimentali. Può essere una legge matematica o un simulatore sintetico, analogico o digitale, anche estremamente semplice, facilmente analizzabile, un modello di studio ideale che possa essere utile per trovare le soluzioni di un sistema complesso.
La matematica è senza dubbio lo strumento fondamentale di lavoro per lo studio della natura, anche se ...Il fisico può essere considerato un matematico applicato. Parte da un problema concreto e lo trasporta nel linguaggio della fisica, che da Galileo in poi è la matematica. Il fisico a volte usa la matematica in maniera sgrammaticata...il non eseguire tutte le regole della grammatica è una licenza che si concede ai poeti... (G. Parisi, Premio Nobel della Fisica 2021).
Mi piace molto l'idea che possiamo essere visti come i poeti dell'Universo...
"ascolti e dimentichi; vedi e ricordi; fai e sai"
... a proposito della semplicità della Natura (Il principio di Occam)
William of Ockham, monaco inglese del XIV secolo, espresse una lex parsimoniae che è un fondamentale strumento nella ricerca:
“Entia non sunt multiplicanda praeter necessitatem”
ossia, le spiegazioni economiche della natura che ci circonda sono da preferirsi a quelle più fantasiose e complicate, che introducano più assunzioni e postulati costruiti ad hoc.
Feynman, nella citazione iniziale, non fa altro che rafforzare questo concetto, ossia la natura è fondamentalmente semplice.
In tempi più recenti anche il premio Nobel per la Fisica 2021, Giorgio Parisi, ebbe a ribadire che...
"...in fisica e in matematica è impressionante la sproporzione tra lo sforzo per capire una cosa nuova per la prima volta e la semplicità e naturalezza del risultato una volta che i vari passaggi sono stati compiuti. Nel prodotto finito, nelle scienze come in poesia, non c'è traccia della fatica del processo creativo e dei dubbi e delle esitazioni che lo compongono..."
Quindi il tema della semplicità della natura, come vedete, ritorna spesso e in epoche storiche molto diverse fra loro. Poi il modo come nascano le idee non è sempre caratterizzato da un percorso semplice e lineare. Sempre Parisi, nel suo libro "In un volo di storni - le meraviglie dei sistemi complessi" (Ed. Rizzoli 2021), a questo proposito individua alcune fasi:
un primo momento caratterizzato da una fase di preparazione in cui si studia il problema, si legge la letteratura scientifica esistente e si intraprendono i primi tentativi di soluzione, il più delle volte infruttuosi;
c'è poi un periodo prezioso di "incubazione" in cui il problema, almeno inconsciamente, viene abbandonato, una fase di "sedimentazione" delle idee che ho trovato estremamente efficace su me stesso e che consiglio anche ai miei studenti.;
riaffrontare in modo inconscio un problema, come si dice ... a mente fresca ... , in genere fa terminare il periodo di incubazione grazie ad una illuminazione spesso giunta in una situazione non correlata al problema originale, in modo apparentemente casuale;
infine bisogna arrivare alla dimostrazione vera e propria che, per noi fisici, vuol dire progettare ed eseguire un esperimento di controllo che può richiedere anche molto tempo... a volte anni....