Un aneddoto

Siamo nel 1905. I protagonisti di questa storia sono Ernest Rutherford, scienziato molto famoso per i suoi studi sulla struttura dell'atomo, un anonimo professore universitario e uno studente.

Un giorno il professore universitario bussa alla porta di Rutherford, in cerca di aiuto.

Aveva infatti appena fatto sostenere ai suoi studenti una prova d'esame. Uno di questi, il nostro studente, aveva risolto un problema in un modo che il professore riteneva assolutamente inadeguato, quindi sarebbe stato da bocciare, perchè non dimostrava di avere alcuna competenza in fisica.

Tuttavia lo studente sosteneva di aver risolto correttamente il problema, per questo il prof si rivolse a Rutherford, per sentire il suo parere a riguardo. 

Ruterford per prima cosa legge il testo del problema, che era il seguente:

dato un barometro, e nota la densità dell'aria e l'accelerazione di gravità, misurare l'altezza di un edificio.

"Piuttosto facile", pensa Rutherford.

In effetti lo è: è sufficiente misurare la pressione alla base dell'edificio e alla sua sommità. Sapendo che la pressione è data da

dove d è la densità dell'aria, g è l'accelerazione di gravità, h è l'altezza della colonna d'aria. Allora facendo un paio di calcoli abbiamo che la pressione al suolo è maggiore di quella sul tetto di:

dove h è l'altezza dell'edificio, che è anche la lunghezza della colonna d'aria aggiuntiva che grava sul suolo rispetto al tetto.

Allora possiamo facilmente determinare l'altezza:

Questa è la soluzione "ufficiale", o sarebbe meglio dire "ortodossa". Allora, come ha risolto il problema il nostro studente?

Con un metodo molto semplice: salire in cima all'edificio, legare il barometro a una corda, e lo calarlo fino a fargli toccare il suolo, e misurare poi la lunghezza della corda calata. Quella è anche l'altezza dell'edificio. 

Non è una soluzione ortodossa ma...funziona. Però non dimostra che lo studente ha competenze in fisica.

Rutherford a questo punto va dallo studente, e gli chiede di risolvere il problema in 5 minuti. Fino a poco prima dello scadere del tempo, lo studente non scrive nulla. Rutherford gli chiede se qualcosa non va. "Tutto bene" dice lo studente. "Ho in mente molte soluzioni, sto pensando a quella più adatta". Alla fine scrive qualcosa velocemente e consegna il foglio. La soluzione è questa: salgo in cima all'edificio, lascio cadere il barometro e conto il tempo T di caduta.

Dalle semplici formule del moto accelererato ottengo che l'altezza è data da:

....Giusto!

Il professore e Rutherford riconoscono che effettivamente lo studente ha dimostrato di avere competenze di fisica. Dopo la prova, mentre lo studente sta uscendo dalla stanza, Rutherford chiede: "quali erano le altre soluzioni che avevi in mente?"

Elenco alcune delle risposte che dà:

In una giornata di sole si possono misurare le ombre che proiettano sul suolo il barometro e l'edificio. Conoscendo le dimensioni del barometro, e facendo semplici calcoli di trigonometria, si può risalire all'altezza dell'edificio.

Oppure si può salire in cima all'edificio, legare il barometro a una corda, e farlo scendere fino a sfiorare il suolo e usarlo come un pendolo. Misurando il tempo di oscillazione si può risalire alla lunghezza della corda, cioè all'altezza dell'edificio.

dove T è il periodo di oscillazione del pendolo.

Posso salire l'edificio dall'esterno usando le scale d'emergenza, e usare il barometro come unità di misura. Salendo, lascio dei segni sul muro distanti tanto quanto le dimensioni del barometro. Contando il numero di segni lasciati, e sapendo quanto è alto il barometro, posso calcolare l'altezza dell'edificio.

Tutte giuste.

A questo punto Rutherford chiede allo studente: "ma lei davvero non sa la soluzione del problema che ci aspettavamo?". "Certo che la so", rispose. "E perchè non l'ha scritta?". "Non ditemi come devo pensare". 

Lo studente si chiamava Niels Bohr, e sarebbe diventato uno dei padri fondatori della fisica quantistica.

Questo aneddoto è molto bello, peccato che...non sia vero. 

Una storia inutile?

Perdonate l'inganno. Bohr e Rutherford si incontreranno solo dopo il 1905. 

Però nonostante sia una storia falsa, mi piace molto perchè fa capire come dovrebbe comportarsi uno scienziato

Vedere dove gli altri non vedono, con idee nuove, pensieri controcorrente. È quello che hanno avuto le più grandi menti della storia: Galileo, Newton, Einstein, Bohr...mettete voi chi preferite, la lista sarebbe infinita, e ovviamente non si parla solo di fisici.

In passato, le più grandi e rivoluzionarie intuizioni scientifiche provenivano da giovani scienziati. Einstein pubblicò la teoria della relatività ristretta a soli 26 anni. Newton iniziò a sviluppare il calcolo infinitesimale. Poi compì 23 anni. John Nash ottenne risultati matematici fondamentali a poco più di vent'anni.

Questo è stato sempre giustificato con il fatto che da giovani la mente è aperta: al diverso, a uscire dagli schemi, a non fossilizzarsi troppo su un'idea che va contro la realtà evidente delle cose.

Oggi assistiamo a un'inversione di tendenza: la società cambia, cambiano i tempi per giungere alla laurea, e le materie scientifiche hanno raggiunto un tale grado di complessità che richiedono molti anni di studio, e difficilmente uno scienziato da solo può rivoluzionare la scienza come era invece possibile fare in passato, quando del mondo "non si sapeva nulla", e bastava "poco" per scoprire qualcosa. Sto esagerando ovviamente, non sto togliendo meriti e nessuno, ma...il senso del discorso credo sia chiaro.

In effetti, dal 2000 in poi, pochi risultati scientifici di rilievo sono stati ottenuti prima dei trent'anni. Morale? C'è sempre tempo!! E non appiattitevi nelle vostre convinzioni. 

In questo senso è esemplare la disputa tra Bohr ed Einstein

Una discussione sulle teorie fondamentali della fisica

Einstein, come Bohr, fu uno dei padri della meccanica quantistica: grazie alla spiegazione dell'effetto fotoelettrico, (che gli valse il Nobel nel 1921) utilizzando il concetto di fotone, diede una nuova vita alla visione corpuscolare della luce, ed evidenziò il fatto che l'energia non è distribuita in modo continuo, come in un'onda, ma viaggia in "pacchetti", in precise quantità...quanti...quanto.

Tuttavia la teoria quantistica portava con sè conseguenze che lo scienziato tedesco non riusciva ad accettare, come l'apparente interazione istantanea tra oggetti lontanissimi, o il fatto che una proprietà di una particella esista solo nel momento in cui viene misurata (da qui la celebre frase "credi che la Luna non sia lì quando non la guardi?")

Bohr cercava di spiegare ad Einstein la validità della meccanica quantistica, mentre Einstein rifiutava l'idea che la realtà potesse funzionare davvero come la teoria prevede. Einstein cercò in tutti i modi di far cadere alcuni punti della teoria dei quanti, ideando paradossi e contraddizioni: Bohr seppe rispondere a tutte le obiezioni di Einstein, che dovette alla fine accettare, almeno in parte, che la meccanica quantistica è una teoria che funziona splendidamente. 

Sebbene con pensieri diversi, i due scienziati avevano in comune l'amore per la conoscenza. E credo sia molto bello. Bohr morì nel 1962. L'ultima cosa che disegnò alla lavagna, la sera prima della sua morte, era una scatola contenente radiazione elettromagnetica, in grado di emettere un solo fotone alla volta attraverso una fenditura. Era lo schizzo di un'esperimento mentale proposto da Einstein alla conferenza di Solvay del 1930, che voleva mettere in luce le assurdità della meccanica quantistica. Bohr cercò sempre di migliorare la sua teoria. Lo fece fino alla fine.

Einstein e Bhor (da https://it.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr)

Fonti:

http://www.lescienze.it/news/2011/11/08/news/risultati_scientifici_sempre_meno_per_under_30-645367/

https://it.wikipedia.org/wiki/Niels_Bohr

http://utenti.quipo.it/base5/scienze/baromet.htm

http://www.finanzaonline.com/forum/l-amaca/1327362-aneddoto-su-niels-bohr-fisico-danese-premio-nobel-per-la-fisica-nel-1922-a.html