Fly by night Physics - Zee

  • Anthony Zee - FLY BY NIGHT PHYSICS: How Physicists Use the Backs of Envelopes, Princeton University Press, 2020

Jay Orear (collaboratore di Fermi ed autore di libri di testo di fisica generale) alla domanda “che cos’è la fisica?” rispose: “La fisica è quello che fanno i fisici la notte tardi” ci ricordava qualche giorno fa Storie Scientifiche. Ecco “Fly by night physics” (più o meno: la fisica nel volare di notte) è cosa veramente fanno i fisici a notte fonda, un bel libro su quello che non viene insegnato nei libri: uso improprio del retro delle buste da lettera, stime a braccio degli ordini di grandezza, analisi dimensionale, congetture sulle variabili in gioco, salti logici avvitati e carpiati, idee geniali che ti possono venire solo all’alba dopo una notte insonne, tanto la mattina esiste solo per dormire fino a tardi. Nei corsi in genere agli studenti viene richiesto di eseguire calcoli precisi, padroneggiando un’enorme bagaglio di metodi matematici complicati. Gli esercizi idealizzati dei libri di testo ed problemi nei compiti assegnati e negli esami rafforzano l’impressione errata che la scienza sia l’applicazione di rigide ricette, e lo sforzo di fare dei conti più o meno complessi. Di conseguenza, anche i migliori studenti possono trovarsi completamente impreparati alle sfide del lavoro, nella ricerca o nell’industria. A meno di non incontrare sulla loro strada un ottimo docente. Nel mio caso ho avuto Giorgio Salvini (il “padre” dell’elettrosincrotone INFN di Frascati), che insisteva sempre nel valutare correttamente gli ordini di grandezza, e considerare le dimensioni, prima di gettarsi a testa bassa a fare calcoli. John Archibald Wheeler (l’inventore del termine “buco nero” e tanto altro) diceva ai suoi studenti (tra cui Feynman): “Non calcolare mai nulla mai a meno che tu non conosca già la risposta!”. La vera scienza è fatta di pensiero critico e creativo, intuizioni profonde, e per i calcoli si usano le calcolatrici ed i computer. Non sempre hanno importanza i conti esatti, fatti a mente o su un foglio di carta.


Quando possibile si deve cercare di risolvere i problemi alla maniera di Fermi, famosissimo il suo calcolo della potenza della prima atomica nell’esperimento di Los Alamos lanciando foglietti di carta in aria, e guardando come volavano via nel vento dell’esplosione. Oggi, in matematica applicata, si chiamano comunemente “problemi di Fermi” quelli in cui si trovano stime ed approssimazioni molto vicine al valore reale, per quantità che sembrano impossibili da calcolare, date le limitate informazioni disponibili. Mostrando l’importanza di fare ipotesi motivate, identificare chiaramente le assunzioni fatte, e non trascurare l’analisi dimensionale. Stimolato da matricola da questi suggerimenti mi ricordo che sono andato subito alla MIR Italia-Russia, allora a piazza Esedra, non distante dall’università, per acquistare il classico testo di Leonid Sedov, “Similarity and Dimensional Methods in Mechanics”, altra grande lettura sull’argomento, che conservo ancora in libreria insieme a questo ed un libro di Sanjoy Mahajan [vedi commenti]. “Fly by night Physics” è appunto un libro sulle stime “alla Fermi”, di come con pochissima e semplicissima matematica e tantissima intuizione fisica si arriva a risultati profondi.


Da notare come negli esempi l’autore usa la matematica più semplice, da terza media, per risolvere problemi complicati nei campi di ricerca più avanzati. Dopo un’introduzione su dimensioni e costanti fondamentali abbiamo 9 capitoli, dal titolo esplicativo:

  1. Analisi dimensionale: da un fatto non così segreto ad un’arma presumibilmente segreta
  2. La telecomunicazione è possibile
  3. Fisica quantistica: stelle, tunnelling, scaling, atomi, e buchi neri
  4. Planck ci ha dato le unità: la radiazione del buco nero e la gravità di Einstein
  5. Dal gas ideale alla condensazione di Einstein
  6. Simmetria e superbi teoremi
  7. Stelle, buchi neri, universo e onde gravitazionali
  8. Dal surf agli tsunami, dai rubinetti che gocciolano ai polmoni dei mammiferi
  9. Dai neutrini privati al quark charm Nella deliziosa appendice: Punti critici; Funzione delta; Gravità di Einstein; Da Eulero a Navier e Stokes; Pozzo [di potenziale] rettangolare finito; Invarianza galileiana e flusso di un fluido; Funzioni di Green; Velocità di gruppo contro velocità di fase; Parte radiale del Laplaciano; Le equazioni di Maxwell; I due superbi teoremi di Newton e l’allarme della radice quadrata; (Volare di giorno) Derivazione della legge di van der Waals da principi primi; Cronologia; Esercizi; Letture suggerite.

Il prezzo fissato dalla Princeton University è abbastanza esoso per 430 pagine (circa 45€), si può ricorrere alla biblioteca ed all’usato, all’invenduto, e così via. Ci sono risorse gratuite online per approfondire l’argomento [soprattutto i corsi al MIT di Sanjoi Mahajan]

Per altro materiale e risorse online si veda:

Anthony Zee è uno scienziato e docente molto noto, professore ordinario di fisica teorica ad UCSB (Università della California a Santa Barbara), autore di libri di testo di teoria quantistica dei campi e relatività generale, e libri divulgativi per tutti, alcuni dei quali tradotti perfino in italiano. Tra i manuali per la laurea specialistica si ricordano quelli nella seria “in a nutshell” (in poche parole per gli yankees)

  • Quantum Field Theory in a Nutshell (2010)
  • Einstein Gravity in a Nutshell (2013)
  • Group Theory in a Nutshell for Physicists (2016) Tra i libri “popolari” troviamo pure un testo sulla cucina cinese (ma sappiamo da fonti certe che apprezza anche le ricette italiane):
  • An Old Man’s Toy: Gravity at Work and Play in Einstein’s Universe (1989)
  • Swallowing Clouds: A Playful Journey Through Chinese Culture, Language, and Cuisine (2002)
  • Fearful Symmetry: The Search for Beauty in Modern Physics, (2007)
  • On Gravity: A Brief Tour of a Weighty Subject (2018) Trad.it. “Gravità: Trattazione leggera di un soggetto pesante”
  • Quantum Field Theory As Simple As Possible (2023)