La fisica moderna nasce quando Galileo ed i suoi contemporanei capiscono che è possibile descrivere molti fenomeni usando formule matematiche piuttosto che il linguaggio di tutti i giorni. Con l'avvento dei calcolatori la modellizzazione matematica diventa ancora più importante: grazie alle accresciute capacità di calcolo è ora possibile creare ed osservare un universo virtuale.Sono andata a cercare qualche scambio di battute nel Dialogo Sopra I Due Massimi Sistemi del Mondo per ripercorrere assieme al lettore gli inizi di questo cammino. Parlano Simplicio e Salviati. Salviati: "Però ditemi, signor Simplicio, quando voi vi immaginate un mobile essere più veloce d' un altro, che concetto vi figurate voi nella mente?" Simplicio: "Figuromi, l'uno passar nell' istesso tempo maggior spazio dell'altro, ovvero passare spazio uguale ma in minor tempo". Continua lo scambio finché interviene l'altro amico: "Aggiunghiamoci pure quest' altra di più: cioè chiamasi ancora le velocità esser uguali, quando gli spazi passati hanno la medesima proporzione che i tempi ne' quali sono passati, e sarà definizione più universale"... Bene, noi sappiamo come è finita questa discussione: usiamo il concetto di velocità , lo spazio diviso il tempo: v = s/t. Cinque soli caratteri (v, s, t, =, /) riassumono la lunga conversazione e la laboriosa elaborazione dei concetti!
Negli ultimi decenni si è assistito ad una ulteriore evoluzione: la matematica, le formule, le equazioni - come v = s/t -, non solo descrivono, ma 'creano' una realtà virtuale: siamo entrati nell' epoca delle simulazioni numeriche.
Le previsioni del tempo si basano proprio su simulazioni numeriche: le condizioni atmosferiche vengono fotografate ad un certo istante, le velocità delle varie nubi, perturbazioni, etc, immagazzinate nella memoria del calcolatore, e le equazioni del moto - versioni sofisticate della formula che abbiamo scritto sopra v = s/t – vengono risolte, o, come si dice 'integrate' per scoprire l'evoluzione del sistema nelle ore successive. Altri calcoli simulano situazioni più lontante dall' esperienza comune: è il mondo subnucleare dei quark e dei gluoni. Vogliamo capire il comportamento delle particelle elementari su scale piccolissime, adesso, e all' inizio del mondo come noi lo intendiamo, frazioni minuscole di secondi (un decimilionesimo, circa) dopo il Big Bang, quando la temperatura era inimmaginabilmente alta. Vogliamo capire mondi diversi dal nostro, che evadono la nostra capacità di immaginare e descrivere con le parole. Ma ancora le formule ci vengono in aiuto, e possono essere trascritte sui calcolatori, e produrrre delle informazioni.
L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dai primi anni ottanta, ha progettato e realizzato una serie di calcolatori dedicati alla fisica teorica delle particelle: i calcolatori APE.
L' ultima generazione di questi calcolatori, che è stata installata alla Sapienza, è capace di diecimilamiliardi di operazioni al secondo! Come è possibile? Al lettore che volesse saperne di più suggeriamo di sfogliare il primo numero del periodico INFN Asimmetrie . E chi da ragazzo/a ha amato Salgari (e magari lo ama ancora!), si divertirà a scoprire che una delle idee vincenti di APE ricorda i metodi di comunicazione tra Sandokan ferito nella villa del cattivissimo zio della sua amata Marianna, e il fido Yanez nascosto nella foresta...
E' veramente soprendente, e anche affascinante, che studi così diversificati possano essere condotti con la stessa metodologia: il linguaggio matematico, cominciato da una piccola formula e pian piano evolutosi a descrivere fenomeni di grande complessità in maniera essenziale elegante ed universale.
Per la rubrica
Gocce di scienza
- Numero 52 maggio 2006