La matematica permette di descrivere il mondo fisico. La fisica teorica introduce nuovi enti fisici.
Mi piace"Il mondo naturale va descritto con il suo linguaggio, e questo linguaggio è la matematica"; queste sono le parole di Galileo Galilei, matematico dell'Accademia dei Lincei, e fondatore del metodo scientifico.
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La matematica quindi permette di descrivere il mondo fisico, e, come si comincerà a capire nel '700 (Il secolo di Laplace, grande fisico e matematico francese) permette anche di prevedere l'evoluzione di sistemi di corpi soggetti alle forze naturali, come per esempio la Forza di gravità, che governa il nostro Sistema Solare e gli ammassi di stelle secondo la legge di gravitazione universale scoperta da Isaac Newton, ma che richiede molto lavoro matematico per essere utilizzata già quando I corpi sono tre (problema dei 3 corpi).
La fisica teorica introduce nuovi enti fisici, la cui esistenza può essere solo speculata in mancanza di esperimenti realizzabili (almeno sul breve periodo). Famosi a tal proposito sono I "gedanken experiment" di Albert Einstein, esperimenti mentali per intuire ad esempio come si comporterebbe un orologio a bordo di un'astronave che viaggia a velocità prossime a c (c = velocità della Luce nel vuoto). Scoprì così che l'orologio in movimento (in moto relativo rispetto all'osservatore) rallenta rispetto un analogo strumento di misurazione del tempo solidale all'osservatore stesso.
Un effetto simile si ottiene anche quando un orologio si trova in un campo gravitazionale più intenso di quello in cui si trova l'osservatore. In questo senso dunque il tempo è relativo. Di conseguenza anche la misura dello spazio (da percorrere per raggiungere una data meta) dipenderà dalla velocità del mezzo con cui ci muoviamo (la velocità del mezzo viene misurata per esempio da una persona ferma a Terra).
Quella che rimane costante è la velocità della luce (qualsiasi osservatore vede propagarsi la luce nel vuoto con la stessa velocità). Secondo la relatività generale la luce può essere deviata quando attraversa un campo gravitazionale. Le così dette "lenti gravitazionali" permettono di registrare a terra la luce di corpi celesti altrimenti troppo deboli per essere visti, come per esempio le protoglassie o i pianeti vaganti, isolati nello spazio interstellare e quindi non illuminati da nessuna stella.
La materia di cui sono composti I corpi rocciosi come la terra si è in buona parte formata all'interno di stelle che però ora non vediamo più perché dissolte in esplosioni apocalittiche avvenute miliardi di anni fa (supernovae). Il sole stesso è in parte composto da elementi sintetizzati più di 5 miliardi di anni fa all'interno delle supernovae: la materia espulsa è poi ricollassata altrove (probabilmente a causa delle onde d'urto di altre supernovae esplose successivamente).
Il nostro sole è destinato a diventare una nana bianca. Le nane bianche sono stelle che nella fase di vita subito precedente (fase di gigante rossa) non sono riuscite ad innescare reazioni nucleari nelle zone centrali (ma solo negli strati più esterni). Se la temperatura centrale non è abbastanza alta infatti la materia presente assume uno stato degenere previsto dalle leggi della meccanica quantistica, diventa praticamente incomprimibile ed è destinata a rimanere così (almeno che la stella non venga rifornita di altra materia in quantità sufficiente). Le forze di pressione (repulsive) bilanciano cosî la gravità (che altrimenti continuerebbe a far collassare la materia)
In natura le forze tendono solitamente a bilanciarsi creando strutture stabili o semistabili (stelle, pianeti, atomi, nuclei e nucleoni)
Ora la fisica teorica sta cercando di unificare tutte e 4 le forze fondamentali presenti in natura, e così di descrivere precisamente la nascita dell'universo (big bang), la sua evoluzione futura e dimostrare o confutare la possibilità che esso si concluda con un "big crash".
Specula anche sull'esistenza di altri universi e sulle leggi fisiche che potrebbero governarli. Sono diverse da quelle del nostro universo? Oppure cambiano solo i valori numerici delle costanti fisiche? Ad esempio citando un grande astrofisico del '900:
"If,however,we imagine other worlds,with the same physical laws as those of our own world,but with different numerical values for the physical constants determining the limits of applicability of the old concepts,the new and correct concepts of space,time and motion,at which modern sci-ence arrives only after very long and elaborate in-vestigations,would become a matter of common knowledge." (George Gamow)
Le risposte a queste domande forse arriveranno già attorno alla metà del XXI secolo, confermando o ribaltando la nostra visione del mondo e del ruolo che noi abbiamo in esso.
