Ad Erice troviamo un museo dedicato al fisico Paul Dirac. Erice è chiamata “città della scienza”. Sicuramente deve molto al suo concittadino, lo scienziato Antonino Zichichi che ha fondato nel 1963, ad Erice vetta, il Centro Studi Scientifici Ettore Majorana.
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Paul Dirac e il manifesto di Erice
Proprio ad Erice è stato stilato da Paul Dirac, Piotr Kapitza e Antonino Zichichi nell’agosto del 1982 il Manifesto di Erice, rivolto ai potenti della Terra, in cui si afferma la necessità di una scienza senza barriere ideologiche, politiche e razziali, al servizio dell’uomo e della pace e non della guerra. Da allora è stato firmato da più di 90.000 scienziati e leaders mondiali tra cui Mikhail Gorbachev e Ronald Reagan.
Museo Paul Dirac ad Erice
Proprio a Paul A. M. Dirac, che ha sottoscritto il Manifesto di Erice, è dedicato il Museo in piazza San Domenico ad Erice. Dirac fu premio Nobel per la fisica nel 1933 per la scoperta dell’antimateria. Il museo espone strumenti e documenti a testimonianza dell’attività dello scienziato.
Il fisico Paul Dirac
Paul Adrien Maurice Dirac, fisico britannico nato a Bristol nel 1902 e morto a Tallahassee nel 1984, è considerato uno dei più importanti fisici del ventesimo secolo.
Come già detto è stato Premio Nobel per la fisica nel 1933 insieme a Erwin Schrödinger e ha dato contributi fondamentali allo sviluppo della meccanica quantistica e dell’elettrodinamica quantistica.
A renderlo famoso è stata la sua equazione, l’equazione di Diracche descrive il comportamento dei fermioni e predice l’esistenza dell’antimateria.
L’equazione di Dirac
L’equazione di Dirac è stata da molti scienziati definita l’equazione più bella della fisica. Sembra strano che si parli di bellezza di un’equazione. Ma non è affatto assurdo, in quanto Dirac sosteneva che la bellezza dovrebbe essere il criterio guida dello scienziato. “Le leggi fisiche devono avere bellezza matematica”.
La bellezza come metodo
E’ il titolo di un libro di Paul Dirac in cui lo stesso scrive: “Il ricercatore, nel suo sforzo di esprimere matematicamente le leggi fondamentali della Natura, deve mirare soprattutto alla bellezza.”
La bellezza non solo determina la direzione della ricerca ma la bellezza è la qualità che permette di giudicare una teoria, più ancora dell’accordo con le osservazioni.
“E’ più importante che le equazioni siano belle piuttosto che siano in accordo con gli esperimenti”. Se una teoria matematicamente bella non è confortata dai risultati sperimentali, secondo Dirac, per cominciare il fisico deve anzitutto “sospettare che l’esperimento sia sbagliato” e riprovare.
Nella sua scienza, Dirac usò con impareggiabile efficacia il criterio di bellezza come un modo per trovare la verità.
Un’equazione che coglie nel segno è per Dirac un’equazione bella. Il bello è inseparabilmente legato al vero, anzi ne è il segno, la manifestazione.
Dirac evoca le parole di altri scienziati che lo hanno preceduto: “Uno degli aspetti essenziali della Natura sembra essere che le leggi fisiche fondamentali sono descritte da una teoria matematica di grande bellezza e potenza, per la cui comprensione è necessario un alto livello matematico”
(∂ + m) ψ = 0
Come fanno i matematici a giudicare la bellezza di un’equazione? Sembra incomprensibile a noi che non siamo matematici. Eppure essi affermano che i risultati matematici considerati belli “suonano come una melodia.”
Tanti si fanno tatuare questa equazione perché viene associata erroneamente all’entanglement quantistico e all’amore. Non c’entra niente l’Entanglement. Ma devo ammettere che si presta bene al tatuaggio perché è davvero bella a guardarsi.
Relatività e meccanica quantistica
E’ una bella equazione forse perché cerca di conciliare la relatività di Einstein e la meccanica quantistica, formulata matematicamente da Erwin Schrodinger e Werner Heisenberg. La meccanica quantistica portò ad una nuova concezione delle particelle subatomiche, entità con caratteristiche comuni sia alle onde che ai corpuscoli.
L’unificazione di queste due grandi teorie costituiva una delle maggiori sfide per i fisici. Per questo molti studi si concentravano sull’elettrone che presenta proprietà riconducibili ad entrambe le teorie.
Equazione di Schrodinger
L’equazione di Schrodinger, formula fondamentale della meccanica quantistica, calcola la probabilità di trovare l’elettrone nello spazio intorno al nucleo.
Questa equazione però non era applicabile nel caso di velocità prossime a quella della luce, quindi era una equazione non relativistica.
Alla fine degli anni ’20, il non ancora trentenne Paul Dirac era impegnato a trovare una teoria in grado di descrivere il comportamento delle particelle subatomiche anche ad alte energie.
Dirac cercò in pratica una correzione dell’equazione di Schrodinger e arrivò a formulare la sua equazione che era quantisticamente corretta e anche relativistica, dando origine alla meccanica quantistica relativistica.
Ma si presentava un problema.
L’energia negativa
Risolvendo l’equazione di Dirac per un singolo elettrone si ottengono due soluzioni, una positiva e una negativa, ma la soluzione negativa era preoccupante. L’energia negativa implicava, per la famosa formula di Einstein E=mc/2, una massa negativa, che ovviamente nessuno aveva mai avuto modo di osservare.
L’antimateria
L’equazione di Dirac portò quindi alla formulazione dell’esistenza dell’antimateria, del tutto simile alla materia ma con carica opposta. Più precisamente, le antiparticelle hanno alcuni numeri quantici, come ad esempio la carica, di segno opposto, seguendo leggi simmetriche a quelle che governano la materia.
Qualche anno più tardi, nel 1936 Carl D. Anderson scoprì l’esistenza dell’antielettrone, chiamato positrone o elettrone positivo, nei raggi cosmici. Questo gli valse il premio Nobel e confermò l’equazione di Dirac. Ogni particella ha come contropartita un’antiparticella, sicuramente di carica opposta. L’antimateria fu confermata.
Nel 1956 Emilio Segrè e Owen Chamberlain riuscirono a produrre antiprotoni e nel 1965 Antonino Zichichi e altri produssero un antideuterio, costituito da un antiprotone e un antineutrone.
Alla fine del secolo scorso al Cern venne prodotto l’antidrogeno.
Oggi la creazione artificiale di antiparticelle è possibile nei laboratori di alte energie di tutto il mondo, mentre l’unica sorgente naturale di antimateria conosciuta sembra essere ancora la radiazione cosmica.
Il mare di Dirac
L’equazione di Dirac portò alla formulazione di una nuova immagine del vuoto, simile a un mare di particelle virtuali occupanti tutti gli stati di energia negativi disponibili. Questa presenza non avrebbe alcuna manifestazione.
Il fisico britannico propose che lo stato a energia negativa fosse lo stato fondamentale della materia e da questo oceano (il mare di Dirac) potessero emergere gli elettroni che compongono il mondo.
Infatti, qualora una di queste particelle fosse sollecitata da una elevata quantità di energia radiante, come quella trasmessa da un fotone di alta energia, si verificherebbe un salto quantico della particella, il passaggio ad uno stato di energia positiva.
Il salto quantico
Un salto quantico è il passaggio repentino di un sistema da uno stato quantico ad un altro. Ad esempio, il passaggio di un elettrone di un atomo da uno stato di energia ad un altro, senza assumere valori di energia intermedi. Il salto è dovuto all’assorbimento o all’emissione di radiazione elettromagnetica sotto forma di un fotone di energia. L’elettrone virtuale, a seguito dell’energia assorbita, emerge dal mare e si materializza in un elettrone con energia positiva, questa volta osservabile.
In altre parole, l’energia trasmessa dal fotone si materializza nella produzione di un nuovo elettrone con energia positiva e crea la materia. Al proprio posto resta un buco, un anti-elettrone, un elettrone simile a quello osservabile, ma di carica opposta.
Ecco il Mare di Dirac, dove si trovano tutti i possibili stati ad energia negativa occupati da elettroni negativi virtuali, inaccessibili per via del principio di esclusione di Pauli.
L’annichilazione
Viceversa, quando una particella e un’antiparticella vengono a contatto si assiste al fenomeno dell’annichilazione, ovvero si ha la trasformazione della materia coinvolta in radiazione elettromagnetica sotto forma di fotoni ad alta energia (raggi gamma), oppure le particelle coinvolte si trasformano in altre coppie di particelle-antiparticelle, in ogni caso tali che la somma dell’energia totale, precedente e seguente l’evento, rimanga costante in accordo al principio di conservazione della massa-energia.
Il campo
Quello che indichiamo come campo è un’entità che esiste in ogni punto dello spazio e che regola la creazione e l’annichilazione delle particelle.
Ce n’è da riflettere per ore e ore.
Non solo Venere ad Erice, ma anche scienza. Forse il Museo Paul Dirac di Erice meriterebbe più pubblicità. Forse da trapanesi non siamo del tutto consapevoli dell’importanza storica di questo Centro Scientifico ad Erice che ha ospitato fisici del calibro di Dirac.
source:
wikipedia
https://www.ilsole24ore.com/art/la-bellezza-come-chiave-la-fisica-AB076eqB