# dialogo sulle frontiere della scienza --- ## chi sono - laureato in fisica - tesi: fisica sperimentale, particelle, alte energie. (high energy particle physics) - ingegnere informatico --- ## chi non sono - dottorato (PhD), ricercatore, professore, ... - fisico teorico, fisico $X, ... - divulgatore --- # Dialogo su (alcune delle) frontiere della ~~scienza~~ fisica (delle particelle) --- ## disclaimer - non parlo a nome di chi mi paka lo stpendio - non parlo a nome della comunita' scientifica - le opinioni sono le mie, solamente mie. --- ## Indice Provo a fare un discorso organico, partendo dalle domande che mi avete fatto. --- ## Fisica vs Filosofia (again, non sono un esperto su questo tema) - Hawking: "philosophy is dead" - ma forse c'e' di [piu'](https://blogs.scientificamerican.com/observations/physics-needs-philosophy-philosophy-needs-physics/) - filosofia della scienza - teoria <nome> --- ## anche le cose comuni possono nascondere descrizioni non triviali: l'arcobaleno Divulgazione by [Lewin](https://www.youtube.com/watch?v=iKUSWJWMSk4&t=226s&ab_channel=LecturesbyWalterLewin.Theywillmakeyou%E2%99%A5Physics.) (la fisica ha qualche strumento in piu' della filosofia per indagare la natura) --- ## rapporto tra fisica, pubblico, privato (molto interessante, posso parlare per un paio d'ore solo di questo...) TDL: da integrare - fisica fondamentale -> mainly pubblico - fisica per spingere l'ingegneria -> mainly privato - collaborazioni pubblico-privato: italia vs estero - finanziamenti pubblici negli ambiti riconosciuti da filosofia della scienza --- # prima delle vostre domande vi racconto qualcosa di fisica delle particelle. a che punto siamo oggi? --- ## ogni [scala](https://htwins.net/scale2/) ha le sue leggi! - piu' "scale" una legge descrive, piu' ha "successo" - unificazione delle forze - teoria del tutto === una legge che vada bene per ogni scala === una legge che approssimi le leggi che abbiamo adesso quando consideriamo una scala specifica - QM -> meccanica classica a grandi distanze, [decoerenza](https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence) (-> vedi entanglement che non regge troppo a grandi scale) - rel speciale -> meccanica classica a basse velocita' - ... --- ## BSM physics I problemi aperti in fisica sono ancora numerosi! consiglio [lezione BSM](https://indico.cern.ch/event/817596/) alla [CERN summer school](https://indico.cern.ch/category/345/) (~1h) ma se proprio non vi resistete: [what is string theory](https://indico.cern.ch/event/817571/) (cliccare su `^` per vedere altre lezioni correlate. in caso, cliccare su "show past events") --- ## example: elementary particle mass/energy scale  --- Introduzione generica alle scale in gioco. Fin dove arrivano gli esperimenti attuali? [universe scale](https://magnifyingtheuniverse.com/) Una teoria per ogni scala? A ogni scala la sua teoria? --- ## frontiere fisica oggi - astro: - radio: VLT, VLA. - gw: LIGO, VIRGO, LISA, ARES, muARES - particelle: - CERN (LHC), Belle/BaBar, - Super-Kamiokande --- ## applicazioni - fisica medica - biofisica - elettronica - plasmi - sistemi complessi (clima) - nucleare - ... --- # Le vostre domande --- ## perche' esiste l'entropia - cosa significa `perche'` in fisica? - e comunque l'entropia emerge da [termodinamica](https://en.wikipedia.org/wiki/H-theorem), aka e' un'inevitabile caratteristica dei sistemi a molte particelle --- ## cosa penso della teoria $X ( vale per teoria delle stringhe, universo autodidatta by microsoft, teoria di bostrom (simulatione), universo ciclico, ...) - io sono un fisico sperimentale - give us something to measure, and we do it. - vogliamo solo delle cross-sections, non chiediamo altro... - certo, le stringhe hanno delle basi piu' solide di altre proposte strampalate --- ## relativita' generale e traiettorie (again, non sono un esperto, non ho dato l'esame di generale...) - attenzione alle assunzioni implicite - il fatto che l'orbita dei pianeti venga descritta come "una retta all'interno di uno spazio curvo" non significa che non ci possano essere altre traiettorie --- - Primo principio dinamica: Il moto rettilineo uniforme e' solo per F=0 -> anche nel "nostro" mondo (``\vec{F} = m \vec{a}``, scale ~1m, accelerazioni ~0, energie' ~0) ci possono essere traiettorie che non sono rette, quando `\vec{F} != 0`. - moti a spirale in genere sono indice di energia che viene dispersa, energia == Lavoro = forza*spostamento -> velocita' puo' cambiare direzione. esempio: elettrone che orbita un nucleo in meccanica classica - allo stesso modo _penso_ che in relativita' generale se ci sono delle forze, allora il moto non e' piu "rettilineo nello spazio curvo", ma qualcosa che visto dal "nostro" punto di vista e' una spirale. Esempio: due buchi neri che coalescono e sparano fuori onde gravitazionali (ma non fatemi altre domande) --- ## Meccanica quantistica - non usate il termine "fisica quantistica" - la "quantistica" e' una Meccanica === legge del moto - meccanica classica: Newton (F=ma) - meccanica quantistica: Shroedinger - QFT: Klein-Gordon (bosoni), Dirac (fermioni), ... Una meccanica si puo' applicare a fenomeni diversi! (vedi la QFT che viene usata per descrivere [fenomeni](https://en.wikipedia.org/wiki/Quasiparticle) di fisica dello stato solido, tipo la superconduttivita', ma non fate altre domande) --- ## "QM: le cose cambiano in base al punto di osservazione" mumble mumble, non ho capito cosa si intende... --- ## quantum entanglement - niente di speciale: la meccanica quantistica (aka la legge di Shroedinger) descrive l'evoluzione della funzione d'onda **totale** di un sistema. - entanglement == se il mio sistema e' composto da due particelle e le faccio evolvere con shroedinger, allora l'evoluzione di una particelle e' correlata all'evoluzione dell'altra. `shroedinger(|psi_1 + psi_2>) != shroedinger(|psi_1>) + shroedinger(|psi_2>)`, vedi stati di singoletto/tripletto. --- - Decoerenza: e' molto difficile osservare/modificare una di queste due particelle e vedere le modifiche riflesse anche sull'altra! ci sono tecniche di "[weak measurements](https://www.youtube.com/watch?v=aKR0ADUhjNE&ab_channel=SixtySymbols)" e in genere si usano queste negli esperimenti di entanglement - NB: per decoerenza OR "weak measurements", finora non si e' riusciti a mandare informazioni a velocita' istantanea usando l'entanglement (questa sarebbe la vera forza dell'entanglement, al di la' di tutti i sofismi). dettagli: ultima lezione del corso di QM di Zaffaroni in unimib (3 anno triennale) --- ## indeterminazione heisenberg - nel momento in cui decidiamo di usare eq schroedinger, abbiamo delle onde. - trasformata fourier (QM (meccanica classica)): passando da spazio della posizione (tempo) a spazio dei momenti (frequenze), una delta diventa una costante - il principio di indeterminazione e' una naturale e inevitabile conseguenza del fatto che usiamo delle onde come base per la meccanica --- Esperimento di Shroedinger e' nato come una [provocazione (wiki)](https://en.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dinger's_cat)! oggi: per decoerenza, quando il fotone emesso dal decadimento interagisce con il detector, passiamo da "quantum" a "scala umana" --- ## "legami in 4D" - non ne ho idea, google mi da' solo risultati legati a ["conformal field theories"](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26551097/), che per me sono ancora un grande mistero. - finora abbiamo: QM/QFT in cui c'e' entanglement, reltivita' che equipara spazio e tempo. a naso mi viene da dire che finche' non si trova una qualche uniformazione, non avremo entanglement in 4d. --- ## relativita' speciale: c velocita' massima - maxwell (teoria) michelson-morley (experiment) -> c e' costante Reltivita' speciale ha due postulati 1. le leggi della fisica sono uguali in tutti i sistemi di riferimento 1. c e' costante -> c e' la velocita' massima. trust the math, not me nb: la velocita' della luce si puo' raggiungere! basta usare particelle a massa nulla (ad esempio fotoni, e lo facciamo ogni volta che comunichiamo con onde em) --- ## superconduttori a temperatura ambiente - ehm, vedremo... - ma serve davvero? e' abbastanza facile fare il freddo necessario per tenere il niobio-titanio in regime di superconduzione. grazie elio superfluido! - NB: la temperatura non e' l'unico parametro per la superconduzione. ci sono tre parametri: temperatura, campo magnetico, corrente elettrica - [corso](https://indico.cern.ch/event/473266/) semidivulgativo di acceleratori, magistrale fisica, by Ezio Todesco <3, guardare "unit 5". --- ## how to reach ~0K - [doppler cooling](https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_cooling), premio nobel fisica 1997, Cohen-Tannoudji. - o piu' in generale [laser cooling](https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cooling) --- ## viaggi nel tempo e cinema - a me `interstellar` e' praticamente sempre accurato, ma fate la tara sul pippone "l'amore e' la quinta forza dell'universo che piega ogni legge". [video](https://www.youtube.com/watch?v=Z4oy6mnkyW4) di standup maths - tenet: no --- ## censura e opposizione per motivi ideologici - (fino a qualche mese fa) i fisici sono umani, prima di convincere qualcuno servono delle prove solide, non sempre si riesce ad averle, ogni tanto si litiga, pero' non direi censura dai - (oggi) vedremo cosa succede con i russi :( , esempio [CERN](https://home.cern/solidarity-ukraine) --- ## energia - [ ] dario: prendere slide da presentazione iter su dimensionamento energia globale - [ ] dario: prendere numeri su produzione ita / fr/ de / usa / china - --- ## dario's fav list ---- approfondimento fisica | topic | link | type | | ------------------------------- |:------------------------------------------------------------------------ |:-------------------------------------- | | hep,detectors,theory,statistics | [cern summer school](https://indico.cern.ch/category/345/) | slides | | generic | [feynman - sei pezzi facili](https://www.adelphi.it/libro/9788845915512) | book (estratto delle faynman lectures) | | Fisica 1,2,3 | [feynman lectures](https://www.feynmanlectures.caltech.edu/index.html) | online book | ---- divulgazione scientifica | topic | link | type | | ------- |:------------------------------------------------- | ---- | | maths | numberphile | yt | | maths | standupmaths | yt | | physics | veritasium | yt | | physics | [quantamagazine](https://www.quantamagazine.org/) | site | | physics | [borborigmi](https://www.borborigmi.org/) | site | | science | [scienzainrete](https://www.scienzainrete.it/) | site | | | | | ---- news | topic | link | type | | | -------- |:----------------------------------------------------------- | -------------------- | --- | | news | [ilpost](https://ilpost.it) | site | | | news | [valigiablu](https://valigiablu.it) | site | | | economia | [valori.it](https://valori.it) | site | | | news | [guardian](https://theguardian.com) | site | | | tech | [hacker news](https://news.ycombinator.com/) | site | | | env | [arpa lombardia](https://www.arpalombardia.it) | site | | | cybersec | [schneier](https://www.schneier.com/) | site | | | cybersec | [krebs](https://krebsonsecurity.com/) | site | | | geo pol | [ispi](https://www.ispionline.it/it/ricerca/infrastrutture) | site/telegram/social | | ---- ## DA DOVE PARTIRE --- ## Domande di 5sa (principalmente di uno studente) --- - [x] La teoria di Bostrom viene presa sul serio tra i fisici? --- - [x] Secondo la Relatività ristretta la gravità è dettata dal fatto che una grande massa piega il tessuto spazio temporale ed i corpi che le girano attorno stiano mantenendo un percorso retto ma cambia proprio la geometria del tessuto sulla quale viaggiano. prima domanda: è corretto? seconda domanda: se è così, allora che ragionamento si può fare sul fatto che i corpi facciamo un movimento “a spirale” per poi impattarsi a vicenda alla fine del percorso? (dato che mantengono rettilineo il loro percorso ma cambia solo la geometria sulla quale viaggiano). o magari invece la mia affermazione iniziale sulla teoria della relatività è sbagliata (oppure una linea retta in quella determinata geometria ha come “punto d’arrivo” proprio il centro della piegatura). la domanda mi è venuta guardando questo video al minuto 4.30: https://youtu.be/XYhOey1BnI8 --- - [x] come è possibile che nella fisica quantistica le cose cambino in base al punto di osservazione? - [x] come è possibile l'entanglement quantistico? (mi riferisco soprattutto al fatto che funzioni a distanze teoricamente illimitate) - [x] è possibile che funzioni per un legame che vada oltre le 3 dimensioni (4 se consideriamo il tempo) e che quindi le due particelle si trovano “dimensionalmente” (non so se la parola sia corretta) vicine tra loro ma non nelle nostre 3 dimensioni? --- - [x] come mai la velocità della luce è un limite oltre al quale non si può andare, e nemmeno lei stessa si può raggiungere? --- - [x] quanto siamo vicini alla scoperta di un superconduttore funzionante a temperature “umane” in modo da poter essere utilizzato anche in larga scala? --- - [x] siamo abituati a pensare all’abbassamento o aumento della temperatura di un oggetto in base allo scambio di temperatura tra due (mano a 30 gradi che tiene una tazza di tè caldo a 50 gradi, alla fine arriveranno entrambe a 40 gradi se non consideriamo la dispersione nell’ambiente). ma allora come è possibile arrivare a temperature prossime allo zero assoluto, come avviene per esempio nei computer quantistici? --- - [x] il mondo del cinema ha sempre utilizzato i viaggi nel tempo, ovviamente sempre in modo errato e semplicistico. pensa che ci sia un film il quale si allontani meno di tutti da quella che è la realtà dei fatti? mi viene in mente il viaggio temporale nel film Tenet che sfrutta l'inversione dell'entropia? --- - [x] vorrei chiedere se loro abbiamo mai avuto problemi di "censura" o opposizione per problemi ideologici di ogni sorta --- - [x] perché esiste l’entropia? --- - [x] cosa pensa della teoria delle stringhe? ---- ## Altre domande raccolte --- 1. [ ] L'esperimento mentale del gatto di Shrödinger viene utilizzato per chiarire il fatto che in fisica quantistica un elemento può trovarsi in due stati contemporaneamente, esprimibili attraverso rapporti probabilistici. Come è possibile che un elemento possa trovarsi simultaneamente in due stati? 3. [x] Come mai, per esempio quando si vuole sapere con certezza la posizione o la velocità di un elettrone, è possibile conoscere precisamente una sola delle grandezze e coma mai si parla del fatto che "durante la misurazione di una grandezza, si altera la la seconda"? --- 2. [x] Quanto viene considerata plausibile la teoria dell'universo autodidatta nella Comunità Scientifica e secondo quali basi è stata elaborata? --- 3. [x] Secondo la teoria dell'universo oscillante o ciclico, l'universo è "nato" a partire dal Big Bang e, ciclicamente, esso si riassorbe in una massa con densità infinita, per poi rigenerarsi di nuovo. Siccome oggi non esistono prove per affermare questa tesi, è possibile che in futuro essa possa essere affermata oppure distrutta? Quali progressi si stanno facendo in questa direzione negli anni? --- 4. [x] Quanto viene considerata importante la ricerca nella fisica? Lo Stato tutela questa disciplina ed il suo sviluppo oppure le ricerche sono condotte solamente da enti privati? --- 5. [x] La fisica e la filosofia (o la metafisica) trattano argomenti ben diversi tra loro per la natura stessa degli enti di cui si occupano. Il loro rapporto è conflittuale oppure capita che si intreccino, che si servano le une delle altre? ----