I PIONIERI DELLA FISICA

DA ARCHIMEDE A CARLO RUBBIA

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Webmaster ed Autore: Prof. Antonino Cucinotta
Dottore in Fisica
Docente di Elettronica e Telecomunicazioni
presso l'Istituto Tecnico Industriale"Verona Trento" di Messina
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ARCHIMEDE

GALILEO GALILEI

ISACCO NEWTON

ALESSANDRO VOLTA

MICHAEL FARADAY

ANDRE'-MARIE AMPERE

GEORG SIMON OHM

GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF

JAMES CLERK MAXWELL

WILLIAM THOMSON (LORD KELVIN)

HEINRICH RUDOLPH HERTZ

WIHLELM CONRAD ROENTGEN

ANTOINE HENRI BECQUEREL

PIERRE CURIE

MARIE SKLODOWSKA CURIE

MAX PLANCK

ALBERT EINSTEIN

LORD ERNEST RUTHERFORD

NIELS BOHR

LOUIS-VICTOR PIERRE RAYMOND DE BROGLIE

WERNER HEISENBERG

ERWIN SCHROEDINGER

PAUL ANDRIEN MAURICE DIRAC

ENRICO FERMI

WOLFGANG PAULI

ETTORE MAJORANA

EUGENE PAUL WIGNER

SIN-ITIRO TOMONAGA

JULIEN SCHWINGER

RICHARD FEYNMAN

MURRAY GELL-MANN

SHELDON LEE GLASHOW

ALVIN WEINBERG

ABDUS SALAM

CARLO RUBBIA

SIMON VAN DER MEER

ALESSANDRO VOLTA

Fisico (1745 - 1827)

E' considerato il fondatore dell'elettrologia.
A conclusione di una lunga serie di esperienze sulle tensioni originate dal contatto tra due metalli, e di una famosa disputa con il fisiologo bolognese Galvani in merito all'esistenza dell'elettricità animale, Volta realizzò nel 1799 la pila a colonna, il primo dispositivo elettrochimico capace di generare una corrente continua.
La realizzazione della pila diede avvio ad un secolo di ricerche fondamentali sui fenomeni elettrici e magnetici.
Prima di dedicarsi alle ricerche che lo condussero alla realizzazione della pila, si dedicò allo studio delle leggi che governano la dilatazione termica dei gas e realizzò una particolare pistola che sfruttava la violenta espansione di una miscela gassosa di idrogeno ed ossigeno, innescata dalla scintilla elettrica.
Gli si deve inoltre l'invenzione dell'elettroforo a disco, una speciale macchina elettrostatica ad induzione che gli consentiva di accumulare rapidamente considerevoli quantità di elettricità statica.


MICHAEL FARADAY

Fisico inglese (1791 - 1867)

E' considerato il più grande sperimentatore nel campo dei fenomeni elettrici e magnetici.
Nel 1831 ebbe l'idea di effettuare un esperimento inverso rispetto a quello di Oersted,che nel 1820 scoprì il campo magnetico generato dalla corrente elettrica, osservando la deviazione che subisce un ago magnetico, inizialmente in equilibrio nel campo magnetico terrestre, ogni qual volta venga fatta passare la corrente elettrica in un filo posto in prossimità di esso.
Faraday scoprì che se ad un circuito elettrico chiuso si avvicina un magnete, durante l'avvicinamento del magnete si genera nel circuito una corrente indotta temporanea (principio dell'induzione elettromagnetica), e che anche durante l'allontanamento del magnete, si genera una corrente indotta temporanea,con verso opposto rispetto alla precedente.
La legge di Faraday, che vale per qualsiasi variazione temporale del flusso magnetico concatenato ad un circuito elettrico, è rappresentata matematicamente dalla formula di Neumann-Lenz, e sta alla base del funzionamento dei generatori elettrici e dei trasformatori.
Altri importanti contributi di Faraday riguardano lo schermo elettrostatico (gabbia di Faraday), le leggi dell'elettrolisi (scissione di un composto chimico in soluzione o allo stato fuso, per effetto della corrente elettrica) , il concetto di campo con la relativa rappresentazione grafica (criterio di Faraday), basata sull'addensarsi e sul diradarsi delle linee di forza, ed il potere rotatorio del campo magnetico nei riguardi del piano di polarizzazione di un fascio luminoso che si propaghi in un qualsiasi mezzo otticamente inattivo, cioè incapace,in assenza del campo magnetico,di far ruotare il piano di polarizzazione di un raggio luminoso.


ANDRE'-MARIE AMPERE

Fisico francese (1775 - 1836)

Le sue ricerche sulle forze agenti tra circuiti elettrici e magneti lo condussero ad enunciare il teorema di equivalenza tra un ago magnetico ed una spira percorsa dalla corrente elettrica.
La sua profonda intuizione scientifica lo spinse ad estendere a livello microscopico la validità del suo teorema, facendo l'ipotesi che il campo magnetico generato da un magnete permanente fosse dovuto ad un grandissimo numero di correnti elettriche elementari, equivalenti ad altrettanti aghi magnetici microscopici.
La sua ipotesi fu confermata brillantemente, a circa un secolo di distanza, dopo la scoperta dello spin e dell'associato momento magnetico dell'elettrone, del protone e del neutrone e di tante altre particelle elementari, nell'ambito della meccanica quantistica.
Ampere fu inoltre il fondatore dell'elettrodinamica classica, per avere enunciato le leggi che descrivono le forze elettrodinamiche, attrattive o repulsive, che si esercitano tra due circuiti elettrici.


GEORG SIMON OHM

Fisico tedesco (1787- 1854)

Abilissimo sperimentatore, è considerato  uno dei fondatori dell'elettrotecnica, per avere scoperto la legge che stabilisce la proporzionalità diretta tra l'intensità della corrente elettrica in un conduttore e la differenza di potenziale (tensione) esistente ai suoi estremi.
Enunciò contemporaneamente la legge che consente di calcolare per un dato conduttore la costante di proporzionalità tra tensione e corrente, che prende il nome di resistenza elettrica, e che dipende dalla resistenza specifica del metallo, dalla lunghezza e dalla sezione del conduttore.


GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF

Fisico tedesco (1824-1887)

E' considerato uno dei fondatori dell'elettrotecnica, per avere scoperto le leggi dei circuiti elettrici.
Altri suoi contributi fondamentali riguardano l'ottica, per avere inventato ,assieme a Bunsen, lo spettroscopio, che serve ad analizzare le componenti cromatiche di una radiazione luminosa, e la termodinamica, nell'ambito della quale enunciò il principio fondamentale secondo il quale l'energia radiante specifica (per unità di superficie), emessa da un corpo mantenuto ad una data temperatura, è tanto maggiore quanto maggiore risulta l'energia radiante specifica assorbita dal corpo, a parità di temperatura.


JAMES CLERK MAXWELL

Fisico e matematico scozzese (1831- 1879)

La sua genialità lo portò ad occuparsi di diverse branche della fisica.
Effettuando una rigorosa analisi fisico-matematica dei fenomeni elettrici e magnetici scoperti da Oersted, Faraday, Ampere ed Ohm, sviluppò dal 1864 al 1873 la teoria dell'elettromagnetismo, esposta nel trattato "Elettricità e magnetismo", fornendo attraverso le sue celebri equazioni la teoria unificata dei fenomeni elettrici e magnetici e giungendo a prevedere, esclusivamente su basi teoriche, che la luce è costituita da onde elettromagnetiche, per le quali valgono le stesse leggi di riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione e polarizzazione stabilite per le onde luminose, il che fu brillantemente dimostrato sperimentalmente, verso la fine del XIX secolo, da Heinrich Hertz.
Fondò inoltre la meccanica statistica, che gli servì per sviluppare, sulla base della sua formula di distribuzione delle velocità molecolari, la teoria cinetica dei gas, che è fondamentale per lo studio statistico dei sistemi termodinamici.


WILLIAM THOMSON (LORD KELVIN)

Fisico inglese (1824 - 1907)

E' considerato uno dei fondatori della termodinamica, nel cui ambito introdusse la scala assoluta delle temperature (scala Kelvin) .
Nel campo dell'elettromagnetismo studiò le correnti oscillatorie che hanno origine in un circuito resistivo-induttivo-capacitivo, e fornì la formula della relativa frequenza di risonanza.
Sviluppò inoltre la teoria della propagazione dei segnali elettrici nelle linee di trasmissione, ricavando le cosiddette "equazioni dei telegrafisti", fondamentali per la progettazione delle linee telegrafiche e telefoniche.


HEINRICH RUDOLPH HERTZ

Fisico tedesco (1857-1894)

Fisico sperimentale di eccezionale valore, nel 1887, attraverso una serie di celebri esperienze sulle onde elettromagnetiche, dimostrò brillantemente che queste si propagano con la velocità della luce, obbedendo alle stesse leggi delle onde luminose.
A seguito delle esperienze di Hertz fu definitivamente dimostrata la natura elettromagnetica dei fenomeni luminosi, come aveva previsto Maxwell nel 1873, basandosi esclusivamente su considerazioni fisico-matematiche.
Nel 1887 scoprì l'effetto fotoelettrico, che consiste nell'emissione di cariche elettriche negative (elettroni) da parte di una superficie metallica illuminata.


WIHLELM CONRAD ROENTGEN

Fisico tedesco (1845- 1923)

Nel 1895, effettuando esperienze sui raggi catodici, giunse alla scoperta dei raggi X, detti anche raggi Roentgen, che sono costituiti da onde elettromagnetiche con frequenza elevatissima e lunghezza d'onda compresa tra qualche miliardesimo di centimetro e qualche centomilionesimo di centimetro, emesse durante l'urto di elettroni accelerati da elevate differenze di potenziale (da parecchie decine ad alcune centinaia di KV), contro gli atomi che costituiscono la materia, che vengono in tal modo eccitati verso livelli energetici superiori, per poi emettere l'energia acquisita, sotto forma di raggi X ( fotoni X) con lunghezza d'onda caratteristica dell'atomo bombardato (raggi X con spettro a linee).
I raggi X a spettro continuo vengono invece emessi ogni qual volta un elettrone di alta energia subisca un'accelerazione o una decelerazione, conformemente alle previsioni della teoria elettromagnetica classica, che implica l'emissione di onde elettromagnetiche da parte di un corpo carico che si muova di moto accelerato
(o decelerato).
Fu il primo fisico cui fu conferito nel 1901 il premio Nobel, appena istituito.


ANTOINE HENRI BECQUEREL

Fisico francese (1852-1908)

Nel 1896 , durante alcune ricerche sui materiali fosforescenti, tendenti a scoprire se essi emettessero radiazioni simili ai raggi X, sperimentando con varie sostanze, scoprì che i sali di uranio emettono radiazioni capaci di impressionare una lastra fotografica e di scaricare un conduttore carico di elettricità, anche dopo avere attraversato una lastra di alluminio.
Becquerel aveva scoperto per puro caso la radioattività naturale, che consiste
nell' emissione da parte dei nuclei atomici di radiazioni ionizzanti di vario tipo: particelle a , cioè nuclei di elio con carica elettrica positiva pari a 2 volte la carica dell'elettrone, particelle b (elettroni di alta energia) e raggi g, di natura ondulatoria come i raggi X, ma molto più penetranti di questi.
Gli fu conferito il premio Nobel nel 1903 assieme ai coniugi Curie.


PIERRE CURIE

Fisico francese ,1859-1906

MARIE SKLODOWSKA CURIE

Fisico polacco, 1867-1934

Successivamente alla scoperta di Becquerel, studiando la radioattività dei minerali di uranio,scoprirono che alcune varietà di pechblenda, pur contenendo una bassa percentuale di uranio, emettevano una radioattività molto più intensa di quella dell'uranio, il che fece loro supporre che contenessero un elemento dotato di una radioattività molto più intensa.
Dopo lunghe e faticosissime ricerche, che richiesero l'impiego di circa 6 tonnellate di pechblenda, riuscirono nel 1898 ad estrarre poco meno di un grammo del nuovo elemento,cui diedero il nome di radio.
Alla scoperta del radio seguì subito dopo quella del polonio, molto più radioattivo del radio.
Nel 1903 ricevettero il premio Nobel assieme a Becquerel.


MAX PLANCK

Fisico tedesco (1856 - 1947)

E' il fondatore della fisica quantistica, per aver formulato il suo famoso postulato di quantizzazione dell'energia, in base al quale riuscì a dare soluzione all'annoso problema dello spettro dell'energia radiante emessa dal "corpo nero", che è un corpo ideale capace di assorbire tutta l'energia radiante che riceve.
Diversi illustri fisici, quali Rayleigh, Jeans e Wien avevano tentato invano di fornire una teoria che spiegasse le curve sperimentali dell'energia radiante emessa, a varie temperature, da un corpo mantenuto a temperatura costante ed assimilabile con buona approsimazione ad un corpo nero.
Le notevoli discrepanze tra teoria ed esperimenti furono brillantemente eliminate da Planck nel 1901.
Planck postula che l'energia elettromagnetica venga assorbita esclusivamente in ragione di multipli di una quantità elementare, il quanto ("pacchetto"), la cui energia E è direttamente proporzionale alla frequenza f della radiazione , E = hf, dove h è una costante universale che porta il suo nome.
Successivamente estese il suo postulato a tutte le forme di energia, determinando una feconda rottura con la fisica classica, nell'ambito della quale non era stato possibile spiegare i risultati sperimentali.
Ebbe così origine la teoria dei quanti, che diede a sua volta impulso, nei primi decenni del XX secolo, alla creazione della meccanica quantistica e dell'elettrodinamica quantistica, su cui si basano la teoria quantistica dei campi e le attuali teorie (teoria elettrodebole e cromodinamica quantistica),cui fa riferimento il "modello standard" del microcosmo.
Gli fu conferito il premio Nobel nel 1918.


ALBERT EINSTEIN

Fisico tedesco (1879-1955)

Le sue geniali teorie, che rivoluzionarono la fisica nei primi anni del XX secolo, forniscono le basi per la comprensione delle frontiere della fisica contemporanea.
Trasferitosi in Svizzera nel 1902, dopo essere stato assunto come esperto presso l'ufficio brevetti di Berna, si dedicò con eccezionale spirito critico all'analisi delle principali questioni scientifiche che avevano messo in crisi la fisica classica, dopo la mirabile unificazione maxwelliana (1873) dei fenomeni elettrici e magnetici.
Nel 1905 Einstein, sottoponendo a profonda analisi i concetti di spazio e di tempo e tenendo conto dell'esito negativo delle numerose esperienze effettuate nel 1887 dai fisici statunitensi Michelson e Morley, che dimostrarono l' inesistenza dell'etere, ipotetico mezzo introdotto dai fisici per spiegare la propagazione delle onde elettromagnetiche, si convinse che fosse necessario postulare l'indipendenza della velocità c della luce (e di qualsiasi altra radiazione elettromagnetica) nel vuoto (c = 300000 k/s) dal moto della sorgente e dal sistema di riferimento di chi osserva un fenomeno fisico, e l'estensione del principio di relatività di Galileo, limitato inizialmente ai soli fenomeni meccanici, a tutti i fenomeni fisici.
Per far questo, utilizzò delle formule di trasformazione che Lorentz aveva introdotto per dimostrare l'invarianza delle equazioni di Maxwell rispetto a due osservatori in moto rettilineo ed uniforme l'uno rispetto all'altro, e costruì la "teoria della relatività ristretta (o speciale)", così denominata perchè con essa è possibile trattare in modo nuovo tutti i fenomeni fisici che si svolgono in sistemi di riferimento non soggetti a moti accelerati ed in assenza di campi gravitazionali, considerando il tempo non più in senso assoluto, cioè indipendente dall' osservatore, ma legato allo spazio attraverso le trasformazioni di Lorentz.
Nello stesso periodo (1905), studiando la teoria dei quanti , enunciata da Planck in relazione al problema dell'energia radiante emessa dal corpo nero, pensò di utilizzarla per spiegare le caratteristiche dell'effetto fotoelettrico, scoperto da Hertz e Hallwachs nel 1887 , e consistente nell'emissione di elettroni da parte di una superficie metallica illuminata.
La sua teoria, basata sull'ipotesi dei fotoni, quanti (pacchetti) di energia elettromagnetica di entità proporzionale alla frequenza della radiazione luminosa, consentì di spiegare completamente tutte le caratteristiche dell'emissione fotoelettrica, altrimenti del tutto inspiegabili applicando le leggi della fisica classica.
Per la sua teoria, che ampliò la teoria di Planck, dando origine alla fisica quantistica, gli fu conferito il premio Nobel nel 1921.
L'ipotesi dell'esistenza dei fotoni fu brillantemente confermata nel 1923 da Compton, che riuscì ad identificare i fotoni X diffusi, con cambiamento di lunghezza d'onda, dagli elettroni atomici.
Nello stesso periodo Einstein contribuì inoltre in modo decisivo alla spiegazione dei continui ,caotici, movimenti delle particelle di una soluzione colloidale ( moti browniani), dovuti all'agitazione termica.
Tra il 1905 ed il 1916 Einstein estese la teoria della relatività, elaborando la geniale "teoria della relatività generale", che è in sostanza una nuova teoria della gravitazione che spiega i moti dei corpi celesti su basi geometriche, facendo dipendere dalla massa la curvatura dello spazio-tempo.
La teoria della relatività generale, pubblicata nel 1916, consente di spiegare effetti di fondamentale importanza per l'astrofisica e la cosmologia, quali lo spostamento gravitazionale verso il rosso (distinto da quello dovuto al moto, per l'effetto Doppler) delle righe spettrali della luce emessa da una stella, la curvatura subita dai raggi luminosi che si propagano in prossimità di una stella e l'esistenza dei buchi neri, corpi celesti invisibili derivanti dalla contrazione di una stella nella fase finale della sua evoluzione,e caratterizzati da concentrazioni di materia così grandi da impedire perfino l'emissione dei fotoni.
Einstein dedicò il resto della sua vita alla ricerca di una teoria relativistica comprendente i fenomeni gravitazionali e quelli elettromagnetici, impostando le premesse per la ricerca di una teoria unitaria comprendente tutte le forze fondamentali della natura (gravitazionale, elettromagnetica,debole e forte).
La teoria unitaria delle forze fondamentali costituisce tuttora l'obiettivo di una straordinaria e stimolante sfida per i fisici del XXI secolo.

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