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Misure in fisica

Il metodo sperimentale

La parola fisica deriva dalla parola greca physikós che significa "arte della natura". Nonostante tale termine fosse già usato da Aristotele nel IV secolo a.C. va subito chiarito che la fisica così come la intendiamo noi oggi nasce solo con Galileo Galilei (1564-1642) perché solo allora la fisica comincia ad essere caratterizzata dall'uso di un metodo scientifico e di un linguaggio matematico. Citando le parole dello stesso Galilei:

Questo grandissimo libro che continuamente ci sta aperto innanzi a gli occhi (io dico l'Universo), non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri, ne' quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intenderne umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.

L'oggetto d'indagine della fisica è il mondo macroscopico, il mondo microscopico e la loro connessione. Il metodo scientifico è caratterizzato da cinque passi fondamentali:

  1. Osservazione del fenomeno oggetto di studio.
  2. Scelta delle grandezze fisiche necessarie per la descrizione del fenomeno (es.: peso, tempo, spazio,...). Su queste grandezze fisiche verranno effettuate le misurazioni.
  3. Formulazione di ipotesi, ossia di relazioni o connessioni tra le grandezze fisiche introdotte al precedente passo.
  4. Esperimento controllato per la verifica delle ipotesi.
  5. A questo punto si possono presentare due casi: se l'esito dell'esperimento smentisce l'ipotesi allora bisogna tornare al punto 3 e riformulare l'ipotesi. Se invece l'esperimento, anche quando viene ripetuto varie volte, conferma la bontà dell'ipotesi, l'ipotesi acquista credito e può ergersi al rango di legge fisica.
Le leggi fisiche più generali prendono anche il nome di teorie. Ci sono vari casi nella storia della fisica in cui le teorie sono state in grado non solo di giustificare i fatti sperimentali già noti ma anche di prevedere delle conseguenze non ancora verificate sperimentalmente. Uno dei casi più eclatanti in questo senso è rappresentato dalla previsione fatta da Paul A.M. Dirac nel 1930 dell'esistenza dell'antielettrone, particella avente la stessa massa dell'elettrone ma carica opposta e che sarebbe poi stata rilevata sperimentalmente da Carl Anderson qualche anno dopo.

In tempi più vicini a noi, nel 2012, in seguito agli esperimenti eseguiti all'LHC del CERN, si è arrivati alla scoperta del bosone di Higgs, la cosiddetta particella di Dio, tassello che ancora mancava nella moderna teoria delle particelle elementari e la cui esistenza era stata ipotizzata teoricamente già nel 1964.

Concludiamo questa introduzione al metodo sperimentale con le parole di Dirac che forse meglio di altre ci riportano al vero significato etimologico della parola fisica, arte della natura:
È molto più probabile che sia corretta una teoria bella dal punto di vista matematico che una teoria brutta che concorda con alcuni dati sperimentali.
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